KR890000583B1 - 액정표시소자 및 그 사용방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

액정표시소자 및 그 사용방법

제1도는 본 발명에 따라 구성된 표시 소자의 개략 사시도.

제2도는 다중화 기법에 의해 어떻게 이미지가 액정 매체에 형성될 수 있는 가를 보여주고 있는 제1도에 도시된 소자의 개략 평면도.

제3도는 제1도에 도시된 소자의 횡 및 종 파형에 대한 시간적인 시퀀스를 도시한 그래프도.

제4a도는 및 제4b도는 매체가 그것의 스멕틱상에 들어갈때 제1도 소자의 액정 매체에 전개된 2개의 상이한 광변조 조직에 대한 개략도인데, 제4a도는 호메오트로픽, 즉 실질적인 광투명 조직을 도시한 도면이고, 제4b도는 실질적인 광흡수 조직을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 표시소자 11 : 액정매체

12 : 상부기판 13 : 하부기판

24 : 종렬전극 26 : 횡렬가열전극

21 : 액정분자 22 : 염료분자

본 발명은 열로 번지 지정가능한 액정표시 소자에 관한 것으로서, 특히 콜레스테릭-스메틱(cholesteric-smectic)액정 화합물을 기초로하고 광 흡수 기술을 사용하여 보다 밝은 바탕에 어두운 이미지를 생기게 하는 액정 표시소자에 관한 것이다.

이제까지 대단위 다중화된 액정 표시소자를 구성하는 능력은 매우 여려운 것으로 인식되고 있었다. 이러한 어려움은 주로 "누화" 효과 내지는 천천히 반응하는 액정 매체를 빨리 새롭게 해야할 필요성에 기인한다. 대단위 다중화된 표시소자는 알려진 바와같이 "누화", 즉 부분선택된 표시 요소의 불필요한 감응문제를 안고 있었다. 이러한 문제점은 대단위 다중화된 액정 소자에서 성취 가능한 "온" "오프" 요소간의 작은 실효 전압비로부터 연유한다.

표시소자가 크면 클수록, 새로운 문제점이 대두된다. 대부분의 소자는 고유의 저장부를 갖고 있지 않다. 따라서, 표시소자는 갱신을 위해 반복하여 주사되어야 하는데, 즉 이것은 보통 60Hz(프레임당)에서 행해진 통상의 표시소자 결과이다. 대영역 매트릭스에 대한 결과는 각각이 개별적인 횡렬 또는 종렬에 대한 작은 충격계소수이다. 대부분의 표시 매체는 단지 작은 충격계수 전압정보에 부분 응답하여, 결과적인 효과는 단지 직류 등가 전압의 몇분의 1이다. 이 결과로 콘트라스트(contrast) 또는 휘도가 낮게된다. 표시 매트릭스가 커지면 커질수록, 충격계수는 점점 작아지고 광학상의 성능은 점점 불량해진다. 이에따라, X-Y 매트릭스가 보다 커짐에 따라 광학상의 성능이 매우 불량해져서, 상업상 표준이하가 된다.

이러한 두가지 문제점이 대단위 다중화된 표시소자 마련능력에 심각한 제한요소로 작용하였기 때문에, 이제까지 아무도 콘트라스트가 높고, 시계가 넓으며, 조립하기 쉽고, 동작하기 용이하며, 그와 아울러 가격이 저렴한 소자를 생산하지 못하였다.

본 발명에 의해, 상술한 문제점을 해결하는 저렴한 대단위 다중화된 표시소자가 개발되었음은 물론, 종래 기술에 비해 많은 장점을 갖는 새로운 액정소자가 제공되었다.

본 발명은 주로 대단위 열로 번지 지정된 다중화된 소자에 관한 것임에도 불구하고, 그 새로운 광 흡수 방법은 대단위가 아니고 다중화법을 사용하지 않는 소자에도 용이하게 적용이 가능하다. 본 발명은 열로 번지 지정되는 액정 표시 분야에서 응용범위가 넓은 것으로 생각되며, 아울러 어느 특정 소자 또는 시스템에만 한정되는 것으로는 생각되지 않는다.

본 발명의 특징은 가열시 네마틱(nematic)상을 갖는 어떤 부류의 스멕틱 액정 호스트(host)에 있다. 소량의 플레오크로익(pleochroic)염료가 그 물질에 첨가된다. 표시소자는 열 전기 모우드로 번지 지정된다. "온" 요소에 대해서는, 액정 혼합물이 인입량을 강렬하게 흡수하는 연료로 인하여 빛을 흡수한다. "오프" 요소 및 바탕은 호메오트로픽 스멕틱 A조직을 가지며, 여기서 염료는 최소한의 빛을 흡수한다.

맨처음 액정의 게스트 호스트(Guest Host)효과로서의 플레오크로익 염료의 개념은 지.에이취.헤일메이어(G.H.Heilmeier),제이.에이.카스텔라노(J.A.Castellan

o) 및 엘.에이.자노니(L.A.Zanoni)씨 등이 언급한 몰(Mol) 크리스탈 및 액정 8,293(1969)에 대한 기사에 시사되었다.

다른 이들은 액정 구조물이 트위스트(twist) 네마틱, 호모지니어스 또는 호메오트로픽일 수 있다는 점을 시사해왔다. 액정물질과 혼합된 플레오크로익 염료를 사용한 이들 대부분의 소자는 일반적으로 이미지의 콘트라스트를 개선시키기 위해 편광체판 또는 웨이브판 등과 같은 외부 소자를 필요로 하였다.

콜레스테릭 액정 호스트에서 높은 파라미터를 지닌 염료는 디.엘.화이트(D.L.White) 및 지.엔.테일러 2세(G.II.Tayor,J.)가 응용 물리학자 45 4718(1974)에 기고한 기사에서 맨먼저 언급되었다.

이러한 액정 매체를 이용한 표시소자는 콘트라스트가 낮고, 외부 편광체판을 필요로 하지 않는다. 이러한 표시소자는 그 휘도가 높을 뿐만 아니라 전계효과 트위스트 네마틱 액정 표시에서 얻을 수 없는 넓은 시계를 지니고 있다. 이들 소자는 양(Positive)의 유전성 비등방성 액정과 함께 콜레스테릭 대네마틱 천이 효과를 사용한다.

전계가 없는(오프)모우드에 있어서는, 염료 분자는 호스트의 나선형 구조를 따르고 강렬한 광흡수를 나타낸다. "온" 상태에서는, 염료가 호메오트로픽 내마틱 호스트 상태에 있게되고, 그 광흡수는 최소가 된다. 따라서, 이때의 표시소자는 어두운(또는 채색된)바탕에 대해 백색 이미지를 나타낸다. 그러나, 어두운 바탕에 대한 백색 이미지는 일반적으로 바람직하지 못하다. 덧붙여서 잇달은 보고에 의하면 이러한 콜레스테릭 대 네마틱 천이 효과는 대략 5-10 라인 이상으로 다중화될 수 없고 상업상 허용 가능한 성능을 주지 못하고 있다. 이것은 "누화"를 야기시키는 콘트라스트 대 전압 관계식의 기울기 변화에 기인한다.

최근, 일본국 쿄오도 시에서 열린 제8차 국제 액정 회의에서 에이.사사키(A.Sasaki) 교수등이 "레이 번지 지정된 액정 다기능 광 밸브" 란 논제를 제출하였는데, 거기에서 동교수는 P-P' 시아노-옥틸 바이페닐 및 콜레스테릴 논-아노에이트의 90:10 혼합물로된 액정을 사용한 레이저 번지 지정된 투영 표시소자를 언급하였다. 이 혼합물은 냉각시 콜레스테릭 상에 이어서 스멕틱 A상을 가져야 한다. 그러나, 이 소자는 순수하게 산란을 통하여 그 이미지 콘트라스트를 유도하는 투영 소자이다. 열 번지지정은 주사 레이저 비임에 의해 이루어진다. 또한, 그의 물질에는 아무런 염료가 사용되지 않았다.

최근에, 파라미터가 높고 광 안정성이 있는 염료가 이용되고 있다. 이들 염료를 사용한 소자는 많은 응용에 적합하게 생성한 표시소자를 제공한다. 그러나, 이들은 그 사용을 정보량이 매우 낮은 단순한 표시소자에 적용할 수 있게 제한시키는 두가지 주요단점이 있다.

이들 염료 표시소자는 다중화에서 매우 곤란하다. 심지어는 몇 개의 횡렬조차도 기술진보의 상태를 나타낸다. 규모가 큰 매트릭스번지 지정은 각각의 표시 소자에 외부의 비선형 요소를 가함으로써만 성취될 수 있다.

비 방출(즉 반사적인) 표시소자의 경우, 어두운 바탕에 백색 이미지가 형성된다. 이것은 미적으로 바람직스럽지 못하고, 상업상 그 이용도에 있어서 제한된다. 밝은 바탕에 대한 더 기분좋은 어두운 바탕으로의 이미지 콘트라스트를 반전시키는 기술이 사용가능하지만, 가해진 복합도는 그 복잡성 및 가격을 증가시킨다.

1978년에 시.타니(C.Tani)씨 및 티.우에노(T.Ueno)씨는 과학 논문 (응용 물리학자, 권33, 제4호, 1978. 8. 15)에서 플레오크로익 염료를 어떤 스멕틱 액정에 응용하는 것을 토론했다. 그러나, 이들 대담자는 구체적으로 스멕틱"A"상이 플레오크로익 염료계에서 그 활용성이 있다함으로써 그 사용에 반하게 지도하였는바, 그들은 이것이 레이저 번지 지정된 광 밸브 등에서와 같은 산란 응용에만 응용할 수 있음을 지적했다. 그들은 스멕틱 H 또는 가능하게는 B상 구조를 지닌 물질만이 플레오크로익 염료와 결합하여 유용한 특성을 지닌다고 결론지었다. 더우기, 그들은 플레오크로익 염료에 서냉을 활용할 수 있다고 보고서 냉의 이용성을 토론하고 요소의 급냉은 광 산란소자에만 응용할 수 있다고 하였다.

본 발명은 산란 상태보다는 흡수 상태를 생성시키기 위해서 플레오크로익 염료를 사용하고, 다른 기술에서 언급되어 있듯이 레이저히팅과는 별개로 열에 의한 XY국 부 히팅을 사용한다. 더욱이, 본 발명은 우선적으로 스멕틱 "A"상의 액정과 함께 요소의 급냉을 활용한다. 상기 후반부는 다노씨 및 우에노씨의 기술에 정면으로 반하지만, 본 응용에 있어서 대단히 유효한 것을 밝혀지고 있다.

또한 최근에는, 불란서 문헌에서 또 다른 시스템이 보고되었는데, 여기서는 열에 의해 번지 지정된 스멕틱 "A"결정매체를 사용한다. 이러한 시스템은 톰슨-CSF중앙연구소 소속의 엠.하렝(M.Hareng), 에스.르 베르(S.Re Berre), 알.헬렌(R.Hehlen)씨 및 제이.엔.퍼버트(J.N.Rerbet)씨에 의한 "매트릭스 번지 지정된 스멕틱 액정" 이란 제하의 기사에 언급되어 있다(정보표시회, 1980 바이에니얼 표시 연구회의 "Post Deadline Paper" 의 회의기록 참조).

이러한 시스템은 염료를 사용하지 않고, 본 발명에 언급되어 있는 바와같은 광 흡수 기술보다는 광 산란 기술을 사용한다.

부가하여, 설명된 시스템은 본 발명에서 상세화된 것과 매우 다른 소자에 실시되어 있다. 광 흡수와 비교하여 광 산란은 그 차이점이 다대하기 때문에, 이 소자는 부피가 매우 크고 전력 집중계를 요하는 투명 광학계를 통해서만 관망될 수 있다.

종래의 기술에서는, 액정매체에 사용하기 위해 고차수 파라미터의 플레오크로익 염료 사용을 언급하고 있다는 사실 이외에 역시 유의할 점은 이들 염료가 주로 매체의 열 상 천이에 의해 생성된 광영향을 증대시키는데 사용된다는 점이다. 대조적으로 본 발명은 결정매체, 즉 광흡수 자세를 전개시키기 위한 염료 배향용 매개물로 작용하는 매체에 대한 광 흡수를 최대로 이용하기 위해 염료에 의존한다.

본 발명은 보다 밝은 바탕에 어두운 이미지를 제공하는 열로 번지 지정된 표시 소자에 관한 것이다. 이 소자는 최소 하나의 액정 화합물을 함유한 액정 매체로 구성되는데, 바람직하게는 이 액정 화합물은 일반적으로 고차수 파라미터의 플레오크로익 염료인 최소 하나의 착색제와 혼합된 콜레스테릭 액정 화합물이다. 이 매체는 양의 유전성 비등방성을 지니고 있다. 이 매체는 열에 민감하고 최소한 2개의 열 상간의 천이를 지니고 있어서, 보다 낮은 열상은 스멕틱 상이고, 보다 높은 열상은 바람직하게는 콜레스테릭 상이다. 이 매체는 스멕틱 상에서 두가지 조직을 전개시키는데, 광 흡수 조직과 호메오트로픽 조직이다. 호메오트로픽 조직은 매체가 보다 높은 열상에서 급격히 보다 낮은, 즉 스멕틱상으로 진행함에 따라 매체를 감응함으로써 매체의 부분에 전개된다. 광 흡수 조직은 매체가 스멕틱상으로의 천이를 하고 있음에 따라 매체의 비감응 부분에서 전개된다.

이 매체는 번지 지정될 매체의 부위에 전압을 가함으로써 감응된다. 번지 지정된 부분은 실질적인 투명한 광 상태를 전개시키는 한편, 번지지정되지 않은 부분은 실질적인 광 흡수상태를 전개시킨다. 액정 매체가 스멕틱 상에서 광 흡수 조직을 전개 시킴에 따라 액정 매체내에 걸려진 착색제, 즉 염료는 매체, 즉 염료분자를 광 흡수 위치로 배향시키기 위해 매개물로 작용하는 액정을 통과하는 빛의 대부분을 흡수할 것이다. 이 매체를 감응하기 위해 전극이 설치된다. 이들 전극은 매체 가까이에 배치된다. 또한 가열 전극이 설치되어 매체를 보다 높은 열상으로 가열시킨다. 다중화된 소자에 있어서, 이들 전극은 실질적으로 서로 직각으로 또한 상이한 평면에 배치된 횡 및 종렬의 매트릭스를 구성한다.

만족스러운 표시 소자를 얻기 위해서, 횡렬전극이 확산 반사하게 만들어져 있어서 높은 콘트라스트 뿐만 아니라 넓은 시계를 제공한다. 그 반사 전극들은 광 흡수를 증대시키는 셀을 통해 빛의 2중 통과를 위해 제공된다.

이 액정 매체는 대개 옥틸 시아노 바이페닐 화합물을 함유하고, 2유형의 열적 차이, 즉 등방성 상과 네마틱 또는 콜레스테릭 상간, 그리고 네마틱 또는 콜레스테릭상과 스메틱상, 특히 스멕틱 "A"상간의 열적 차이를 지닌다.

구체적으로, 이 액정은 다음의 구조식으로된 시아노 바이페닐 화합물의 혼합물로 구성된다.

1유형의 혼합물에서, 옥틸 시아노 바이페닐은 이 혼합물에서 약 35 내지 65중량퍼센트를 차지하고, 데카시아노 바이페닐은 약 30 내지 60중량퍼센트를 차지한다.

다른 유형의 혼합물에서, 상기 물질에 다음의 구조식으로 표기되는 시아노 알킬 옥시 바이페닐 화합물이 가해질 수 있다.

상기 옥틸 시아노 옥시 바이페닐은 혼합물에서 약 15내지 30중량퍼센트를 차지하고, 데카시아노 옥시 바이페닐은 약 11내지 26중량퍼센트 범위내에 있는 반면 옥틸시아노 바이페닐은 약 20 내지 39중량퍼센트 범위내에 있다고 데카시아노 바이페닐은 약 24 내지 39중량퍼센트 범위내에 있다.

플레오크로익 염료는 4(4'-N=N-디메틸아민 페닐아조) 아조벤젠이고, 전체 조성물의 0.5 내지 3.0범위의 중량퍼센트를 차지한다.

특히, 옥틸 및 데카시아노 바이페닐은 각기 55.6 및 44.4 중량퍼센트 혼합시킬 수 있고, 4(4'-N=N=디메틸아미노페닐아조)아조벤젠은 전체 조성물의 1 내지 1.5중량퍼센트를 차치한다.

또한, 옥틸, 데카, 옥틸옥시, 그리고 데카옥시 시아노 바이페닐이 각기 27.5, 31.5, 22.5 및 18.5 중량퍼센트 혼합될 수 있다. 이 염료는 각기 전체 조성물의 0.75 내지 1.75중량 퍼센트에서 위의 것과 혼합될 수 있다.

광학적으로 작용하는 말단기를 지닌 많은 액정 화합물이 콜레스테릭 상을 나타냄에 따라, 다양한 콜레스테릭 액정 화합물이 바람직한 실시예에 사용될 수 있다. 이들 몇몇은 화합물이 콜레스테릭 상에서부터 냉각될 때 1개 이상의 스멕틱 상을 나타낸다. 예를들어, 조셉.에이.카스텔라노(Joseph.A.Castellano), 시.에스.오(C.S.Oh), 엠.티.맥카프레이(M.T.McCaffray)씨가 발행한 논문집, 1973판 몰 크리스탈 및 액정 권27, 페이지 417에서 다음과 같은 일반식을 지닌 40개의 시프(Schiff)기 화합물의 리스트를 밝히고 있다.

여기서, R=OCO-(CH₂)_n-CH₃및 C N.

m 및 n의 값이 높은 많은 화합물은 냉각시 스멕틱상이 따르는 콜레스테릭 상을 나타낸다. 몇 개의 예를 인용하면 다음과 같다.

이들 화합물은 소자 응용을 위한 바람직한 천이를 지니고 있지만, 시프기는 대개 매우 안정하지 못하다. 또한, 실용물질이 가져야 하는 다른 필요조건이 있다. 따라서, 통상 사용되는 물질이 적절한 조성식에서 안정한 화합물과 함께 조성된다.

호스트 액정에 대한 요구 사항중의 하나는 그 유전성 비등방성이 강한 양성이어야 한다는 것이다. 이것은 보통 말단기중 하나로 C N을 지닌 액정화합물을 사용하여 얻는다.

실시할 수 있는 콜레스테릭 액정의 1실시예는 X,Y 및 Z 물질의 혼합물을 함유하는데, 각기 대략 X가 40 내지 60중량퍼센트, Y가 30 내지 50중량퍼센트, 그리고 Z가 5 내지 15중량퍼센트 범위를 지니고 있다. 여기서,

좀더 구체적으로 언급하면, 상술한 혼합물은 다음과 같이 구성될 수 있다.

이것은 다음과 같은 상 천이를 갖고 있다.

스멕틱상에 이어 네마틱상을 지닌 액정에서, 양호한 표시 소자 성능은 네마틱 상의 온도범위가 협대역일 것을 요한다. 그러나, 콜레스테릭 물질을 사용하면, 콜레스테릭 상의 온도 범위가 꼭 협대역일 필요는 없다.

호스트 물질에 대해, 파라미터의 차수가 높은 플레오크로익 염료 또는 염료 혼합물이 전체 조성물의 약 0.5 내지 3중량퍼센트 범위에서 첨가된다.

좀 더 구체적으로 언급하면, 다음의 구조식을 지닌 자색 염료 약 1중량퍼센트가 상술한 콜레스테릭 액정 매체에 첨가된다.

이 염료는 미합중국 뉴오욕주 엘름즈포드시 소재 이.엠.연구소에서 판매하고 있다.

소자를 동작시키는데에 있어서, 액정 매체는 보다 높은 열상, 즉 바람직하게는 콜레스테릭 상에서 보다 낮은 열상, 즉 스멕틱 상으로 열적 천이하게 된다. 이러한 천이는 신속히 성취되어야 하는 연유로 빠른 열적 펄스가 사용되어 액정을 국부적으로 가열시키지만 주위 유리를 심각할 정도로 가열시키지는 않는다. 이런 연유로 열 펄스의 통과에 바로 이어지는 지연적인 냉각기도 역시 빠르고 이에 따라 액정이 네마틱 또는 콜레스테릭 상을 빠르게 통과하게 된다. 이것은 광학적 효과를 크게 증대시키고 콘트라스트를 보다 크게한다.

매체의 어떤 부분은 감응하게 되고, 이들 부분은 매체의 바탕을 정의한다. 이들 감응된 부분은 실질적으로 매체가 스멕틱 열상으로 들어갈 때 광 투명 상태를 전개시킨다. 이 매체의 비감응된 잔존 부위는 광흡수 상태를 전개시킨다. 빛(일반적으로 주위의 빛을 의미)이 매체를 통해 들어갈 때, 감응되지 않은 부위는 광을 흡수하여 감응된 바탕이 보다 밝아지자마자 어두운 이미지를 마련한다. 번지 지정된 매체의 부위는 시간적인 시퀀스를 유지하면서 감응될 것이다.

콜레스테릭 액정 화합물에 기초한 바람직한 실시예에서, 액정 매체가 콜레스테릭 상태를 통해 등방성 상태에서 스멕틱 상태로 또는 콜레스테릭 상태에서 스멕틱 상태로 냉각할 때, 스멕틱 상태에서 얻어진 구조는 냉각률, 표면 정렬, 콜레스테릭 분자의 피치 및 몇몇 다른 요인에 의존한다. 이 새로운 소자에 가장 적합한 물질은 1-3μm 영역에서 분자성 피치를 갖고 있다. 대부분의 표시소자는 유리의 양 표면에 대해 수직 정렬을 갖고 있다. 이러한 유형의 정렬은 본 발명의 새로운 표시소자에 대해 절대적으로 필요한 것은 아니다.

냉각률이 느려질때(예를들어, 500℃/분 미만일 때), 다음과 같은 2가지 경우를 얻었다.

(1) 협대역(약 10℃이하)콜레스테릭 상을 통해 등방성 상으로부터 냉각시킴으로써 투명한 호메오트로픽 조직을 얻게된다.

(2) 콜레스테릭 상으로부터 스멕틱상으로 냉각시킴에 따라 냉각률이 100℃/분 영역까지 될 경우 산란 S_A조직을 얻게 된다. 냉각률을 보다 천천히 하면, 투명한 호메오트로픽 조직을 얻게 된다. 냉각률을 사실상의 표시 동작에 대응하게 빠르게하면 (250,000℃/분까지), 산란조직을 항시 얻게된다.

콜레스테릭계에서 스멕틱계까지의 빠른 냉각에 따라 얻은 산란 상태를 메마틱계에서 스메틱계까지의 냉각에 따라 얻은 그것에 비해 보다 미세한 구조를 지니고 있다. 플레오크로익 염료가 물질에 첨가될 때, 산란 상태는 광 흡수 상태로 된다. 이 산란 상태의 보다 미세한 구조 때문에, 색은 보다 짙어진다.

일반적으로 말해서, 본 발명은 액정 매체의 열적 번지기까지 활용하는 새로운 방법, 조성물 및 표시소자에 관한 것이다. 본 발명의 표시소자의 특징은 보다 밝은 바탕에 콘트라스트가 극대화된 어두운 이미지 형성에 있다.

본 발명의 소자가 다중화된 경우, 이들은 많은 수의 횡렬까지 다중화된 능력이 있다.

본 발명은 가열시 네마틱 또는 콜레스테릭 상을 지니는 스멕틱 A액정 물질에 높은 차수의 파라미터를 지닌 플레오크로익 염료를 병합시킨 새로운 표시소자를 제공한다. 이후에 설명되는 열 전기 번지 지정 기법을 사용함으로써, 본 발명의 표시소자는 이전에 알려진 염료스위칭 표시소자에 비해 우수한 장점을 갖는다.

스멕틱 A상은 이제까지 알려졌던 가장 통상적인 액정 상중 하나이다. 스멕틱 A상을 지닌 몇가지 물질도 또한 가열시 네마틱상을 나타낸다. 그 1예는 다음의 식으로 표시되는 옥틸시아노 바이페닐이다.

이것은 다음과 같은 상 천이를 갖고 있다.

대안으로, 양의 유전성 비등방성을 지닌 콜레스테릭 액정을 활용할 수 있는데, 이것은 전장의 영향하에 호메오트로픽 조직을 전개시킨다. 이 물질이 상 천이를 통해 급냉될 경우 호메오트로픽 스멕틱 A상이 형성된다. 호메오트로픽 S_A상은 투명하며, 플레오크로익 염료가 용해되어 있으면 거의 색이없음(무색)을 보여준다. 전장이 없게되면, 광 흡수 조직이 매체에 형성된다. 따라서, 콜레스테릭 상에서 스멕틱 A상으로 천이하는 동안 액정층 양단의 전하를 제어함에 따라, 임의대로 채색상태 또는 무색상태를 창조할 수가 있다. 이들 상태가 형성되자마자, 이들은 등방성 또는 콜레스테릭 상으로 다시 가열시킴으로써 소거될 때까지 안정하다.

상술한 설명은 물질이 등방성 상태로 가열되어졌다는 것을 가정하고 있지만, 유의할 점은 이것이 절대로 필요한 것은 아니다는 것이다. 실제적으로 콜레스테릭 상태로 단지 가열시키는 것이 필요하다. 마찬가지로, 채색된 산란 상태를 상이한 물리적 메커니즘에 기인해서, 콜레스테릭 상태의 온도 범위가 양호한 표시소자 성능을 3자가 보장하게 협대역일 필요는 없다는 것이다. 스멕틱 A상은 표시 소자 표면을 레시틴(lecitin)등과 같은 물질로 처리할 경우 제4a도에 도시한 바와같이 호메오트로픽하게 정렬된다. 이 구조에서, 물질은 투명한다.

2가지 형태의 열로 번지 지정된 스멕틱 A표시가 있다. 그 한가지 유형은 표시 요소의 번지를 지정하기 위해 주사 레이저 비임을 사용하고, 다른 유형은 번지지정된 xy 매트릭스이다. 횡렬 전극은 전류의 흐름과 함께 순차적으로 가열되고, 종렬에 전압을 인가함으로써 표시소자가 기입된다. 기입 과정 동안에, 가열 전류가 방금 제거된 횡렬에 관련된 도트만이 영향을 받는다. 달리 표현해서, 액정 물질이 스멕틱 상태로 급냉하는 도트만이 종렬 전극상의 기입펄스에 응답한다.

액정 물질이 네마틱 또는 콜레스테릭 상을 통해 스멕틱상으로 급냉함에 따라, 이것은 2개의 상이한 조직을 형성한다. 종렬에 전압이 인가되면, 액정 물질은 네마틱 또는 콜레스테릭 상 동안에 호메오트로픽 상태로 스위칭되고, 냉각이 완료된 후에는 호메오트로픽 스멕틱 A조직을 형성한다. 인가 전압이 없게되면, 그 대신에 광 흡수 조직이 전개된다. 따라서, 급냉하는 횡렬 전극과 관련된 도트는 종렬에 전압을 인가하거나 또는 인가하지 않음으로써 투명상태 또는 광흡수 상태로 기입될 수 있다. 본 발명의 표시 소자에 사용된 스멕틱 또는 콜레스테릭-스멕틱 물질은 양의 유선성 비등방성을 갖고 있다.

천이는 꽤 빠르게 이루어져야 한다. 이런 연유로 액정을 국부적으로 가열시키지만 주위의 유리를 심하게 가열시키지 않는 신속한 열적 펄스가 사용된다. 이에 따라 가열 펄스의 통과에 바로 이어지는 자연 냉각기도 역시 빠르고 따라서 액정 매체는 급격히 네마틱 또는 콜레스테릭 상을 통하게 된다. 이것은 광합 효과를 크게 증대시키고 콘트라스트를 보다 크게 하는 결과를 가져온다. 아래의 표1은 이 효과를 예시하고 있다.

(1) 초당 500℃이상되는 전형적인 급냉.

(2) 초담 500℃이하되는 전형적인 서냉.

그러나 본 발명은 광 흡수 조직보다는 산란조직이 스멕틱 물질에서 전개되는 여러 다른 유사한 시스템과는 분리되어져서 취급되어야 한다. 산란 조직을 전개시키는 표시소자는 대개 직접적인 관찰을 위해서는 적합하지 못하고, 종종 투영시스템에서만 사용된다.

투명 조직에 반해 산란조직에 의해 전개되는 광학적인 콘트라스트는 동적인 산란효과와 함께 얻은 것과 유사하다. 보통 직면하는 많은 조건하에서 이것은 흡족할만큼 읽기좋고 콘트라스트가 높은 이미지를 주지 않을 것이다.

그러나 높은 차수의 파라미터를 지닌 플레오크로익 염료가 가스멕틱 A물질에 도입될 때 상황은 아주 상이해진다. 이 염료는 액정안에 걸리게 되고 액정분자의 배향을 취하게 된다. 호스트의 산란조직의 염료분자는 빛을 강하게 흡수하고, 정상적인 산란조직을 제4b도에 표시한 바와같이 짙은 색 또는 어둡게 되는 광흡수 조직으로 변형시키게 된다. 대안으로, 네마틱 상을 통해 스멕틱 상으로의 급냉에 기인하여 임의 배향된 구조가 생성될 때 호스트의 염료 분자는 빛을 강하게 흡수하고 그것을 짙은 색이거나 검은 광 흡수 구조로 변형시킨다. 사실상, 그중 굴절률이 매우 낮은 액정 원료가 사용되었을 경우, 임의 배향된 조직은 보통 그러하듯이 광을 산란 시키지 않을 것이다. 그러나 이것은 광로에 부분적으로 가로질러 놓여있는 광흡수 축을 지닌 염료분자의 몇몇의 배향에 기인해서 빛을 강하게 흡수할 것이다. 호메오트로픽 스멕틱 조직에 있어서 염료분자는 최소한의 흡수를 하는데 그 이유는 이들이 그들 분자구조의 모서리에 입사하는 빛을 흡수하지 않기 때문이다. 따라서, 이러한 구조는 분명히 구조화된, 즉 투명한 바탕을 전개시킨다. 이에따라 직접적으로 관찰하기에 적합한 콘트라스트가 높은 표시소자가 생성된다. 또한, 아무런 외부의 편광체판이 필요하지 않고, 번지 지정기술은 염료없는 스멕틱 표시소자와 실질적으로 동일하다.

이제 제1도를 참조하면, 전형적인 다중화된 표시소자(10)의 분해도를 볼 수 있다. 이 소자(10)는 바람직하게는 플레오크로익 염료와 함께 콜레스테릭-스멕틱 화합물을 함유한 액정 매체(11)로 구성되는데, 이 매체는 2장의 유리기판(12) 및 (13)사이에 배치된다. 상부 기판(12)은 다수의 종렬전극(24) C₁, C₂, C₃등을 지지하는데, 이들 전극은 액정물질(11)의 번지지정을 위한 xy 매트릭스의 1/2을 이루고 있다. 종렬전극(24)은 산화인듐주석등과 같은 전도성 빛 전달 물질로 되어 있는바, 유리기판(12)에 진공 증착되어 있다.

하부기판(13)은 xy매트릭스 나머지 반을 이루는 다수의 횡렬전극(26)r₁, r₂, r₃등을 지지하고 있다. 횡렬전극(26)은 전도성이고 유리 기판(13)에 증착된 은 또는 알루미늄 등과 같은 물질과 함께 확산적으로 반사할 수 있게 만들었다. 이 확산반사 횡렬전극은 가시각이 넓은 상태에서 양호한 표시 이미지를 제공한다. 액정 매체(11)는 2장의 기판(12),(13)사이에 밀봉되어 전극들이 양쪽면에 접속하게 된다. 빛 (대개 주위에 빛)이 도시한 바와 같이 유리조성물을 통과한다(화살표 18방향).

이 표시소자(10)의 물리적인 동작은 제2도에 도시한 바와 같이 문자"A"를 표시한 5×7 매트릭스의 간단한 실시예로 가장 잘 설명될 수가 있다. 매트릭스의 횡렬은 한 단부에서 공통단자(16)에 함께 묶여져서 그 다른 단부(17)에 전기펄스를 인가함으로써 순차적으로 가열된다. 시간 0에서(제3도 참조), 횡렬 1은 1전극r₁위의 액정물질이 등방성 또는 클레스테릭 상태에 있게되게끔 가열된다. 한편, 횡렬 1은 급냉되고 이것과 관련된 도트들은 종렬전극에 전압을 인가함으로써 가열된다. 한편, 횡렬 1은 급냉되고 이것과 관련된 도트들은 종렬전극에 전압을 인가함으로써 가입된다. 이 실시예에서, 전극 C₁, C₅는 도트 r₁c₁및 r₁c₅가 맑은, 즉 투명상태에 있게끔 전압이 인가된다. c₂, c₃, c₄는 인가전압이 없고, 도트 r₁C₂, r₁c₃, r₁c₄는 채색광 흡수 구조를 가진다. 시간대 2동안에, 횡렬 3전극 r₃은 가열되고 횡렬 2는 급냉되며, 종렬상의 전압은 횡렬 2에 관련된 도트의 "온" 및 "오프" 패턴에 해당하는 값을 취하게 된다. 문자 "A"를 표시하기 위한 전체적인 파형은 제2도에 도시되어 있다.

"온" 도트와 관련된 채색광 흡수조직은 상대적으로 안정하고 최소 개월 정도의 긴 이력시간을 갖고 있다. 이조직은 표시소자의 재기입하는 동안 횡렬을 가열함으로써 자동 소거되거나, 기입 전압보다도 실질적으로 더높은 전압을 종렬에 인가함으로써 소거될 수 있다. 채색광 흡수 조직이 형성되자마자, 이것은 기입 내지는 감응전압의 영향을 받지 않을 것이다. 이에 따라 "누화" 문제가 일어나지 않을것이고 대단위 매트릭스 표시가 가능하게 된다.

이러한 표시를 위한 소거 기입 과정은 대단히 빠르다. 대개 100μ 초 미만의 기입시간이 성취된다. 표시가 초당 f_r배로 새롭게 되면, 다중될 전체 횡렬수는 다음의 식과 같이 될 것이다.

여기서, Tw=횡렬을 기입하는데 요구되는 시간.

기존 CRT의 비율과 유사한 f_r=30Hz이고, Tw=100u sec이면, n=333인 횡렬을 갖게 된다. 따라서 이 표시는 다소 큰수의 횡렬까지 다중화될 수 있다.

실제적인 표시소자 구동에 있어서, 가열펄스가 냉각 및 기입사이클 이전에 몇몇 시간대에 걸쳐서 가해질 수 있다. 이에 따라 가열펄스에 대한 전압 요구 조건을 낮출수 있다. 그러나, 이 가열은 인접 횡렬로 확산하는 열을 피하고 양호한 고아학적 이미지에 바람직한 급냉을 방해할 수 있는 유리가열을 최소화 하기에 충분할 만큼 짧아야 한다.

투명 바탕에 대한 염료 물질의 광 흡수 특성에 기인한 채색 또는 어두운 이미지에 의해 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 이 콘트라스트는 매체(11)를 통한 2중광 통로(화살표 15)를 제공하는 가열 전극의 반사 성질에 의해 더욱 개선되는데, 여기서 광 흡수 상태(이미지)의 번지 지정되지 않은 염료 분자는 번지 지정된 투명바탕에 비교해서 더 많은 빛을 흡수할 수 있다.

매체(11)는 제4a도에서 감응된(번지지정된) 호메오트로픽상으로 묘사되어 있도, 제4a도의 호메오트로픽 물질에 들어가는 빛(화살표 20)은 액정분자(21)사이를 통과한다. 염료 분자(22)는 이 위상에서 빛을 흡수하지 않는데, 그것은 이것이 액정에 걸려 있어서 그 모서리에 광선을 만나기 때문이다.

그러나, 광 흡수 상에서, 염료분자(22)는 제4b도에 도시한 바와 같이 임의로 각이진 패턴으로 액정분자(21)에 걸려 있다. 이 위상에서, 염료분자(22)는 부딪치는 광선(20)을 강렬하게 흡수하여 집약적으로 채색된 또는 어두운 이미지를 생성할 것이다. 액정 매체(11)는 최소한 1개의 옥틸 시아노 바이페닐 화합물로 구성할 수 있다. 좀더 구체적으로 언급하면, 액정은 다음의 구조식을 갖는 시아노 바이페닐 화합물의 혼합물로 구성된다.

1유형의 혼합물에서, 옥틸 시아노 바이페닐은 혼합물에서 약35 내지 55중량퍼센트를 차지하고, 데실 시아노 바이페닐은 약 30 내지 60중량퍼센트를 차지한다.

또 다른 유형의 혼합물에서, 비데실 시아노 바이페닐이 상기의 혼합물에 첨가될 수 있고, 이것은 약 15 내지 35중량퍼센트를 차지한다.

플레오크로익 염료는 4,(4'-N=N-디메틸아미노 페닐아조) 아조벤젠이고, 전체 조성물의 0.5 내지 3.0중량퍼센트를 차지한다. 좀더 구체적으로 언급하면, 옥틸 및 데실 시아노 바이페닐은 각기 55.6 및 44.4중량퍼센트 혼합되고, 4,(4'-N-디메틸 아미노 페닐아조) 아조벤젠은 전체 조성물의 1 내지 1.5중량퍼센트를 차지한다. 또한 옥틸 데실 및 비데실 시아노 바이페닐은 각기 44.4, 31.3, 24.5중량퍼센트 혼합될 수 있다. 이 염료는 위의 혼합물에서 전체 조성물의 1 내지 1.5중량퍼센트 혼합된다.

액정 매체의 다른 조성물은 다음과 같다.

상기의 액정 조성물에, 다음 착색제중 어느 하나가 첨가될 수 있다.

콜레스테릭 액정 조성물을 활용하는 바람직한 실시예에서, 액정 매체(11)는 최소한 1개의 알킬 알킬 시아노 바이페닐로 구성될 수 있다. 좀더 구체적으로 언급해서, 이러한 실시예에서, 액정은 다음의 구조식을 지닌 시아노 바이페닐 화합물의 혼합물로 구성될 수 있다.

작용 가능한 콜렉스테릭 액정의 1실시예는 X, Y, Z 물질의 혼합물로 구성될 수 있는데, 각기 X가 40 내지 60중량퍼센트, Y가 30내지 50중량퍼센트, 그리고 Z가 5 내지 15중량퍼센트 범위를 가진다.

좀더 구체적으로 언급하면, 상술한 혼합물은

이것은 다음과 같은 위상천이를 갖고 있다.

내막틱 상이 스멕틱 상의 뒤를 따르는 액정에서, 양호한 표시소자 성능은 네마틱 상의 온도범위가 협대역일 것을 요한다. 그러나, 콜렉스테릭 물질을 사용하면, 콜레스테릭 상의 온도범위는 꼭 협대역일 필요는 없다.

호스트물질에, 높은 차수의 파라미터를 지닌 플레오크로익 염료 또는 혼합물이 전체 조성물의 대략 0.5 내지 3중량퍼센트 범위에서 첨가된다. 좀더 구체적으로 언급하면, 다음의 구조식을 지닌 자색 염료 약 1중량퍼센트가 상기의 콜레스테릭 액정매체에 첨가된다.

이 염료는 뉴욕주, 엘름즈포드시 소재 이.엠.연구소에서 시판하고 있다.

이 매체의 특징은 대체적으로 높은 차수의 파라미터를 지닌 플레오크로익 염료라는데 있지만, 다음의 구조식과 같은 다른 착색제도 역시 명백한 이미지 콘트라스트를 제공한다.

Claims (11)

1. 최소 하나의 플레오크로익 염료와 혼합된 최소 하나의 액정 콜레스테릭 화합물을 함유하는 매체(11)를 활용하여 보다 밝은 바탕에 대해 어두운 이미지를 제공하는데, 상기 매체가 양의 유전성 비등방성 및 스멕틱 A상을 갖고 상기 염료가 액정 콜레스테릭 화합물의 스멕틱 A상과 결합하여 전기적으로 정렬가능한 조직을 구성하며, 또 다른 상으로의 천이를 발생시키도록 상기 매체를 가열시키기 위한 수단(26)과, 상기 매체가 다른 상에 대응하는 온도에서 급냉하고 상기 스멕틱 A상을 통과할때 상기 매체가 통과할때 상기 매체부분에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비하는 수단(24)을 포함하여, 실질상 투명한 정렬된 호메오트로픽 조직이 전개되는 반면 아무런 정렬전압도 인가되지 않은 매체 부분이 광 흡수 조직을 전개하고 그 흡수부분이 보다 밝은 바탕에 대해 어둡게 표시되는 이미지를 제공하도록 선택되게한 전열 번지지정식 액정 표시소자에 있어서, 상기 매체(11)가 스멕틱 A상 이상의 온도에서 콜레스테릭상을 나타내게끔 상기 액정 화합물이 스멕틱 A상과 콜레스테릭 상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 매체가 알킬시아노 바이페닐을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 수단(26)이 주위를 실질상 가열시킴이 없이 상기 또다른 상으로 상기 매체를 급격히 가열시키는 펄스를 인가하여 가열펄스 중단시 매체가 상기 스멕틱 A상으로 급냉하게끔하고, 상기 매체에 인접한 최소 하나의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 가열 전극(26)이 매체를 통과하는 빛을 매체를 통하여 확산 역반사시켜 광원측으로부터 관찰 가능한 어두운 이미지를 제공하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 매체(11)주위에 배치된 전극들(24,26)의 매트릭스를 아울러 구비하는데, 다수의 상기 매트릭스 전극(26)이 횡렬을 형성하고, 다수의 상기 매트릭스 전극(24)이 종렬을 형성하며, 상기 종렬 전극이 매체를 가열하기 위한 수단(26)이고 상기 횡렬 전극이 매체에 순차적 전압을 인가하기 위한 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
6. 보다 밝은 바탕에 대해 어두운 이미지를 표시하기 위해 a) 상기 매체(11)를 보다 높은 열상으로부터 스멕틱 A상으로의 신속한 열적 천이를 통과시키는 단계와, b) 상기 매체가 상기 스멕틱 A상을 신속히 통과할 때 바탕을 형성하는 상기 매체의 일부분에 전압을 인가하여 상기 바탕에 실질상의 광 투명상태를 전개시키고, 아무런 전압도 인가되지 않은 상기 매체의 나머지 부분이 광 흡수 상태를 전개시키는 단계와, c) 상기 매체를 통해 빛을 통과시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 제1항의 액정 표시소자를 사용하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 어두운 이미지가 빛이 들어오는 측으로부터 관찰 가능하고, d) 상기 매체를 통과하는 빛을 상기 매체를 통하여 확산 역 반사시키는 단계를 아울러 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자 사용 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 매체가 유전성 비등방성을 갖고 있고, e) 상기 매체의 일부분을 감응하여 상기 광투명 상태를 전개시키게끔 상기 매체의 상기 일부분에 전압을 인가하는 단계를 아울러 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자 사용방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 매체가 아래의 구조식으로 표시되는 약 35 내지 65중량퍼센트의 "X" 및 약 30 내지 65중량퍼센트의 "Y"의 혼합물과, 전체 조성 혼합물에 기초하여 약 0.5 내지 3중량퍼센트의 차수가 높은 파라미터를 지닌 최소 1종류의 플레오크로익 염료를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.

   
10. 제1항에 있어서, 상기 플레오크로익 염료가 4(4'-N=N-디메틸아미노 페닐아조) 아조벤젠을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
11. 제1항에 있어서, 상기 액정 매체가 액정 콜레스테릭 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.

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