KR100352413B1

KR100352413B1 - 액정 소자

Info

Publication number: KR100352413B1
Application number: KR1019990021498A
Authority: KR
Inventors: 신지로 오까다; 히데마사 미즈따니; 고이찌 사또; 히로히데 무나까따; 아끼라 쯔보야마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: EP0964289B1; KR20000006065A; EP0964289A1; DE69919451D1; DE69919451T2; US6221444B1

Abstract

전압 인가 없이 네마틱 액정 분자를 정렬시키는 정렬력을 갖는 정렬 필름을 사용하고, 액정의 굴절률 이방성이 Δn, 액정 소자의 셀 두께가 d (nm)에 대한 액정 소자의 위상차가 R (nm)일 때, 소정의 전압을 인가할 경우 위상차율 R/Δn·d가 0.3 이하가 되도록 함으로써 우수한 굽힘 정렬 특성을 갖는 액정 소자가 제공된다. 그 결과, 액정 소자는 안정한 굽힘 정렬 상태에서 항상 고속으로 구동될 수 있다.

Description

액정 소자 {Liquid Crystal Device}

본 발명은 개인 컴퓨터용 디스플레이 등으로서 사용되는 액정 소자에 관한 것이다.

최근에, 액정 소자가 빈번히 사용되고 있는 데, 그들 중 대부분은 서로 약 90도로 어긋나는 연마 방향을 갖는 정렬 필름이 구비된 한 쌍의 기판 및 그 기판 사이에 배치된 네마틱 액정을 포함하는 TN-형 (비틀린 네마틱형) 액정 소자이다. 또한, 네마틱 액정이 동일한 연마 방향을 갖는 정렬 필름이 구비된 한쌍의 기판 사이에 스플레이 정렬 (splay alignment) 상태로 위치한 액정 소자도 공지되어 있다. 더욱이, 1983년 보스 (P. J. Bos) 등에 의해 스플레이 정렬로 위치한 상기 언급된 액정에 감응 속도를 개선하기 위하여 전압을 인가하여 굽힘 정렬로 재정렬한 a형 셀 (π-셀)을 개시하였다. 또한, 1992년 우찌다 (Uchida) 등이 가시 각도 특성을 개선하기 위하여 이러한 굽힘 정렬 셀이 상 보상을 갖는 시스템 (OCB 셀)을 개시하였다.

이러한 굽힘 정렬형 네마틱 액정 소자는 고속 감응성을 개선하기 위하여 액정과의 감응시 배경 흐름 현상을 억제하는 것을 목적으로 하지만 상업화하기 위하여는 여러 문제가 있었다.

그러한 문제중 하나는 스플레이 정렬을 굽힘 정렬로 전환하기 위하여는 전기장 처리가 필요하다는 것이다. 스플레이-굽힘 정렬 전환은 연속적이 아니며, 두 정렬 상태 사이에 경사선이 존재하여 핵 형성 및 그 성장을 포함하는 공정이 필요하다. 이러한 공정에서, 모든 부위에 핵 형성을 유발하기 어려우며 핵형성 시작의 조절이 어려워 전기장 처리를 위하여 고전압의 인가가 요구된다. 더욱이, 핵 형성에 의하여 형성된 굽힘 정렬 부위의 성장 속도는 고전압이 인가됨에 따라 커지며, 저전압의 경우에 수 초에서 수 분의 시간이 필요하다. 또 다른 문제는 활성 매트릭스 구조의 셀에서 굽힘 부위는 화소 전극 사이에서 쉽게 성장하지 않는다는 것이다. TFTs (박막 트랜지스터)를 사용하는 활성 매트릭스-형 셀에서 전압 인가 양상과 관련된 많은 연구가 이루어졌다 (예를 들면, IBM, IDW 1996, p. 133, "Initialization of Optically Compensated Bend-mode LCDs", 및 일본 특허공개 공보 JP-A 9-185032). 또 다른 문제는 굽힘 전압이 제거되면, 굽힘 정렬이 스플레이 정렬로 회복되어 재사용을 위하여 새로이 굽힘 처리가 요구된다는 것이다.

1998년 SID에서 보스 (P.J. Bos) 등에 의해 사용전에 굽힘 처리가 필요하지 않는 셀로서 50-51 도의 프리틸트각을 갖는 A-형 셀 (π-셀)이 개시되었다. 또한, 1979년 일본 고가꾸잉 대학의 5차 액정 포럼 및 일본 특허공개공보 JP-A 55-142316호에서 셀 형성의 초기 단계에서 큰 프리틸트 각을 갖는 굽힘 정렬 셀이 개시되었다.

그러나, 이러한 큰 프리틸트 각을 제공하기 위한 수단으로서 경사 증발을 제외하고는 매우 불안정하여 만족스럽게 실현되지 못하였다. 더욱이, 액정을 액정셀에 주입한 후에 1회 이상의 전압 인가가 요구되었다.

종래 기술의 상기 언급된 문제점의 견지에서, 본 발명의 목적은 스플레이 정렬을 굽힘 정렬로 전환하기 위하여 전기장 처리가 필요하지 않으며, 재사용시 부가적인 굽힘 처리나 또는 굽힘 정렬을 위한 유지 전압이 필요없는 굽힘 정렬을 이용한 액정 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 안정한 굽힘 정렬을 제공할 수 있고, 액정 주입 후의 초기 단계로 부터 굽힘 정렬을 실현하거나, 또는 스플레이 정렬로 부터 굽힘 정렬을 불필요하게 할 수 있는 셀 구조를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 전극 및 정렬 필름을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 네마틱 액정을 포함하며, 상기 정렬 필름에는 전압 인가가 없을 때, 굽힘 정렬 상태로 네마틱 액정의 액정 분자를 정렬하는 정렬력이 제공되고, 소정의 전압의 인가하에 액정의 굴절률 이방성 Δn 및 액정 소자의 셀 두께 d (nm)에 대한 액정 소자의 위상차가 R (nm)일 때, 위상차율 R/Δn·d가 0.3 이하인 액정 소자가 제공된다.

본 발명에 따른 액정 소자에 있어서, 액정은 셀에 액정을 주입한 직후 초기 단계로 부터 안정한 굽힘 정렬이어서 굽힘 정렬을 위한 전기장 또는 굽힘 정렬을 달성하기 위하여 유지 전압을 인가할 필요가 없는 것으로 생각할 수 있다.

본 발명의 이들 목적 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은 하기 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 하기 설명을 고려할 때 더욱 명백해진다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 액정 소자에서 정렬 상태의 변화를 나타내는 단면도.

도 2a는 본 발명의 액정 소자, 상 보상판 및 편광판을 포함하는 디스플레이 장치의 적층된 구조를 설명하는 도이고, 도 2b는 연마 방향 및 편광 축과의 관계를 설명하는 도.

도 3은 본 발명의 구현예에 따른 액정 소자의 한 화소의 단면도.

도 4는 본 발명의 액정 소자를 포함하는 디스플레이 패널 및 그를 위한 구동 회로를 나타내는 평면도.

도 5는 도 3의 액정 소자를 구동하기 위한 일련의 구동 파형을 나타내는 파형의 다이어그램.

도 6은 명 상태에서의 일정한 위상차의 경우 암 상태에서의 액정 소자의 위상차에 따른 콘트라스트의 변화를 나타내는 그래프.

도 7은 굽힘 정렬(bend alignment) 상태의 액정 소자에서의 위상차 계수 및 프리틸트각 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 8a 및 8b는 본 발명의 액정 소자에서 액정 주입 후에 굽힘 정렬의 전개를 설명하는 도.

도 9는 복합 정렬 필름의 두께에 따른 복합 정렬 필름에서의 동방향 정렬 필름의 적절한 함량 변화를 나타내는 그래프.

먼저, 액정 소자의 기판에 대하여 수직인 방향에서의 단면도이며, 스플레이 정렬 상태 (도 1a), 굽힘 정렬 상태 (도 1b) 및 도 1b에 나타낸 굽힘 정렬 상태의 액정에 구동 전압 Von을 인가하여 형성된 동방향 정렬 상태 (도 1c)를 나타내는 도 1a 내지 도 1c를 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 소자에서의 몇몇 정렬 상태가 설명된다. 더욱 구체적으로, 도 1a 내지 도 1c는 방향 (3a) 및 (3b)로 연마 처리된 한 쌍의 기판 (1a) 및 (1b) 사이에 배치된 액정 분자 (2)의 정렬의 변화를 설명한다.

도 1b 및 도 1c의 상태 사이의 전이는 도 1a 및 도 1c의 상태 사이의 전이보다 더욱 빠르다. 따라서, 도 1b 및 도 1c 상태 사이의 구동이 바람직하다. 그러나, 종래의 소자에서, 액정은 초기 단계에서 도 1a에 나타낸 것과 같은 스플레이 정렬이라고 생각되며, 도 1b에 나타낸 굽힘 정렬을 제공하기 위하여 굽힘 전압의 인가가 필요하다. 더욱이, 도 1b에 나타낸 굽힘 정렬을 제공하기 위하여 인가된 굽힘 전압이 제거되면, 액정은 도 1a에 나타낸 스플레이 정렬로 회복되어 구동 동안 굽힘 정렬을 유지하기 위하여 유지 전압을 인가하는 것이 필요하고, 액정 소자를 재사용하기 전에 새롭게 굽힘 처리를 하는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 액정 소자에 있어서, 도 1b에 나타낸 굽힘 정렬은 초기 단계, 즉 전기장 없이 달성된다. 따라서, 구동은 굽힘 처리없이 시작될 수 있으며, 유지 전압이나 재굽힘 처리도 필요하지 않다.

본 발명에 따른 액정 소자에 있어서, 반색조 디스플레이를 포함하여 계조 디스플레이는 도 1b 및 도 1c의 상태 사이에서 수행될 수 있다. 본 발명에 사용되는 굽힘 정렬은 액정 분자의 긴 축 (지시기)이 연마 방향 3a 및 3b를 포함하는 평면에 평행하게 그리고 기판에 대하여 수직으로 배치된 비틀리지 않은 굽힘 (이하, "NT-굽힘"으로 약칭함), 및 상기 NT-굽힘 정렬에 대하여 비틀려 상기 언급된 평면에 대하여 다소의 각도를 형성하는 비틀림 굽힘 (이하, T-굽힘)을 포함한다.

다음으로, 본 발명의 액정 소자에서 액정을 특징짓는 위상차 계수 또는 비율과 관련된 설명이 이루어진다.

종래의 공지된 네마틱 액정의 정렬은 통상 최대 7도의 프리틸트각을 특징으로 하는 평면상의 정렬, 및 대략 90도의 프리틸트각을 특징으로 하는 동방향 정렬을 유도한다. 일산화규소의 경사 증발이 기판 상에 약 40도의 경사 각도로 일산화규소의 기둥 컬럼을 초래하여 30 내지 40도의 액정 분자의 정렬을 제공한다고 보고되었다. 그러나, 대면적을 효과적으로 처리할 수 있는 유기 필름을 사용하는 정렬 기술로는 실질적으로 높은 프리틸트각으로 네마틱 액정 분자를 정렬하는 것이 불가능하다. 스플레이 정렬에서 보다 굽힘 정렬에서 액정의 탄성 에너지를 저하시키기 위하여 프리틸트각을 증가시킴으로써 액정의 굽힘 정렬을 안정화시키는 것이 가능한 것으로 생각할 수 있으며, 그것은 액정 자체의 성질에 따라 달라질 수 있으나, 그것을 실현할 방법이 개발되지 않았다. 더욱이, 프리틸트각 이외에 다른 요인들을 조절함으로써 굽힘 정렬을 안정화할 수 있는 방법이 개발되지 않았다.

본 발명은 높은 프리틸트각의 셀을 제공함으로써 셀 제조의 초기 단계로 부터 안정한 굽힘 정렬을 실현하는데 성공하였다. 목적하는 액정 소자에서 액정의프리틸트각은 한쌍의 기판의 연마 방향을 반대되는 평행 방향, 즉 평행하지만 서로 대향되는 방향으로 변경하고, 베렉 보상기 (Berek compensator)로 실험 액정 소자의 위상차를 측정하는 것을 제외하고는 목적하는 액정 소자의 경우와 동일한 구조를 갖는 실험 액정 소자를 제조함으로써 측정될 수 있다.

다른 한편, 측정된 프리틸트각을 갖는 목적하는 액정 소자의 위상차는 굽힘 정렬이 형성되거나 또는 되지 않은 프리틸트각으로 부터 측정된 위상차 계수를 결정하여 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 액정 소자의 구조는 위상차 계수를 기준으로 결정된다. 위상차 계수는 R/Δn·d [여기서, R은 소정의 전압 (전압의 인가가 없는 상태를 포함)의 인가하에 액정 소자에서 구축된 정렬 상태를 베렉 보상기를 사용하여 측정된 위상차 (nm)를 나타내고, Δn은 사용된 액정의 고유의 성질로서 굴절율 이방성을 나타내고,d는 액정 소자에서의 셀 두께 (액정층 두께)를 나타낸다]로서 결정된다.

도 7은 본 발명에서 사용되며, 굽힘 정렬 상태에 있는 불소 함유 네마틱 액정의 위상차 및 프리틸트각 사이의 관계의 일례를 나타낸다. 굽힘 정렬 상태에 있는 액정 소자의 위상차 계수는 도 7에 나타낸 곡선에 근접하게 변하지만 사용된 액정 재료에 따라 다소 달라진다. 다른 한편, 스플레이 정렬 상태에서의 위상차 계수는 도 7에 나타낸 곡선으로 표시되는 것보다 더 크다. 따라서, 0.3 이하의 위상차 계수를 나타내는 액정 소자는 굽힘 정렬로 위치하며, 더 큰 위상차 계수를 나타내는 액정 소자는 스플레이 정렬이라고 생각할 수 있다. 더욱이, 더 큰 위상차 계수의 경우에, 액정 소자는 굽힘 정렬에서 조차도 단지 작은 프리틸트각을 나타내므로, 전기장이 없을 때 굽힘 정렬로 생각할 수 없다. 위상차 계수가 0.3 이하일 때, 불소함유 네마틱 액정의 경우 25도 이상의 높은 프리틸트각이 얻어질 수 있어 초기 상태와 같은 굽힘 정렬이 허용될 수 있다.

상기 발견을 기초로, 본 발명에 따라, 위상차 계수를 0.3 이하로 제한함으로써 초기 단계에서 굽힘 정렬을 나타내는 액정 장치를 실현하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에서, 50도 이하의 프리틸트각을 제공하기 위하여 위상차 계수는 0.12 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 30 내지 45도의 프리틸트각에서 더욱 안정한 굽힘 정렬을 제공하기 위하여 위상차 계수의 값은 0.17 내지 0.27로 고정된다.

본 발명에 따른 액정 소자에서, 상기 언급된 높은 프리틸트각은 예를 들면 액정을 동방향으로(homeotropically) 정렬하기 위한 정렬 필름 성분 및 액정을 균일하게(homogeneously) 정렬하기 위한 정렬 필름 성분을 합하여 실현될 수 있다. 더욱이, 이러한 두 유형의 정렬 필름 성분을 포함하는 정렬 필름은 예를 들면 동방향 정렬 필름 재료 및 균일한 정렬 필름 재료의 혼합물로 부터 형성될 수 있다. 이하, 이러한 두 유형의 정렬 필름 성분을 갖는 정렬 필름을 복합 정렬 필름으로 간주한다.

본 발명에 사용되는 복합 정렬 필름을 구성하는 동방향 정렬 필름 재료의 바람직한 유형에는 플루오로알킬 사슬을 포함하는 분자 구조를 갖는 화합물이 포함될 수 있다. 이것은 이들 화합물이 단순히 소수성 기로서 알킬기를 갖는 화합물 보다 표면 상태를 조정하는 것이 용이할 수 있기 때문으로 생각된다. 혼합물 시스템에서, 균일한 정렬 필름 재료로서의 중합체와 더 우수한 상화성을 나타내기 위하여동방향 정렬 필름 재료가 탄화수소기 이외의 소수성 기를 갖는 것이 바람직한 것으로 생각된다.

특별히 바람직한 유형의 동방향 정렬 필름 재료에는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체 화합물이 포함될 수 있다.

식중, X 및 Z은 각각 폴리알킬렌 사슬, 폴리아크릴산 사슬, 폴리메타크릴산 사슬, 프탈로게노아크릴산 사슬, 폴리알킬아크릴산 사슬, 폴리옥시알킬렌 사슬, 폴리이미드 사슬, 폴리아미드 사슬, 폴리에테르 사슬, 폴리플르오르화 알킬 사슬 또는 폴리카르보네이트 사슬을 나타내고,

Y는 비방향적으로 단일결합, -O-, -COO-, -OCOO-, 또는,(여기서, R₁및R₂는 독립적으로 알킬 또는 수소를 나타내고, R₃는 알킬렌을 나타내고, m, n, p, q, r, s 및 t는 독립적으로 0 또는 1을 나타낸다)을 나타내고,

M은 0 내지 20의 정수이고, 및

N (접미어)은 0 내지 30의 정수를 나타낸다.

상기 반복단위의 바람직한 예에는 하기 식 (1) 내지 (20)의 것이 포함되나, 이에 제한되지 않는다.

상기 설명한 것처럼, 균일한 정렬 필름 재료는 동방향 정렬 필름 재료와 함께 혼합물로서 사용될 수 있어 종래의 네마틱 액정의 균일한 정렬을 위하여 사용되었던 정렬 필름 재료를 사용하는 것이 가능하다. 그의 예로는 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아미드, 폴리스티렌, 셀룰로오스 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지 및 아크릴 수지와 같은 수지; 감광성 폴리이미드, 감광성 폴리아미드, 사이클릭 고무-기재 감광체, 페놀 노볼락-기재 감광체, 및 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 전자빔 감광체, 및 에폭시화 1,4-폴리부타디엔이 포함될 수 있다.

본 발명에서, 상기 언급된 동방향 정렬 필름 재료 및 균일한 정렬 필름 재료는 바람직한 범위의 높은 프리틸트각을 제공하기 위하여 적절한 비율로 서로 혼합될 수 있다.

본 발명에서, 상기 설명한 것처럼, 복합 정렬 필름과 같은 높은 프리틸트각을 제공할 수 있으며, 한 방향으로 연마되고, 액정 소자를 제공할 수 있도록 그 연마 방향이 실질적으로 서로 평행하도록 중첩되고 적용된 정렬 필름이 한 쌍의 기판에 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 소자에서, 각각의 정렬 필름은 안정한 굽힘 정렬을 제공하기 위하여 바람직하게는 42.1 dyne/cm 이상, 더욱 바람직하게는 37.4 - 40.9 dyne/cm의 표면 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 표면 에너지를 갖는 정렬 필름이 불소 함유 네마틱 액정을 높은 프리틸트각으로 정렬하는데에는 효과적이지만, 그 자체로 높은 프리틸트각을 제공할 수 있는 시아노 기재 또는 피리미딘 기재 네마틱 액정을 정렬하는 데는 그렇게 효과적이지 못하며, 가능하더라도 매우 좁은 표면 에너지 범위이다.

본원에서 표면 에너지는 접촉 각 측정 장치 ("모델 CA-TD", 교와 가이멘 가가꾸 주식회사에서 시판)를 사용하여 하기 방법으로 측정된 값을 기초로 한다.

일반적으로 표면 에너지 측정의 경우, 시료 필름 (층)을 유리 기판위에 형성하고, α-브로모나프탈렌, 요오드화메틸렌 및 정제수의 액적을 필름상에 떨어뜨려 시료 필름과의 접촉각 θ1, θ2 및 θ3를 각각 측정한다. 측정된 θ1, θ2 및 θ3의 값을 하기 식에 대입하여 필름의 표면에너지의 분산도 γ_s ^d, 극성 γ_s ^p및 수소결합도 γ_p ^h를 각각 계산한다.

식중, 44.6은 α-브로모나프탈렌의 표면 에너지이고, 46.8은 요오드화메틸렌의 표면 에너지의 분산도이고, 4.0은 요오드화메틸렌의 표면 에너지의 극성이며, 29.1은 정제수의 표면 에너지의 분산도이고, 1.3은 정제수의 표면에너지의 극성이며, 44.2는 정제수의 표면에너지의 수소결합도이다.

이어서, 표면 에너지 γ은 상기 언급된 변수의 총계로서 계산된다. 즉, γ = γ_s ^d+ γ_s ^p+ γ_p ^h이다.

여기서, 용어 불소 함유 네마틱 액정은 그 분자구조내에 불소원자를 함유하는 준결정 화합물, 즉 그 코어 또는 꼬리 부분에 극성기로서 불소원자를 함유하는 화합물, 또는 불소함유 준결정 화합물 등을 함유하는 조성물을 포함하는 네마틱 액정 재료를 의미한다. 본원에서 준결정 화합물에는 그 자체로 네마틱 상을 나타내는 액정 화합물 및 그 자체로는 네마틱 상을 나타내지 않지만 다른 준결정 화합물과 혼합되었을 때 네마틱 상을 나타내는 네마틱 액정 조성물을 제공하는 잠재적인 액정 화합물 모두를 포함한다. 불소 함유 네마틱 액정은 바람직하게는 3×10¹³ohm·cm 이상의 체적 저항을 나타낸다.

본 발명에서, 더 큰 면적의 상기 언급된 NT-굽힘 정렬을 제공하기 위하여 굽힘 정렬에 대한 탄성 상수가 K₃₃및 비틀림 정렬에 대한 탄성 상수가 K₂₂일 때 K₃₃/K₂₂의 비율이 4.2 이하를 나타내는 불소 함유 네마틱 액정을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 전체 면적에 걸쳐 NT-굽힘 정렬이 균일화될 수 있기 때문에 K₃₃/K₂₂의 비율이 2.08 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이것은 액정 분자가 기판에 대하여 수직 및 및 평균적인 연마 방향을 포함하는 평면과 평행하게 정렬된 NT-굽힘 정렬과 비교할 때, 평면으로 부터 액정 분자의 비틀림을 포함하는 T-굽힘 정렬은 작을 때 조차도 비틀림의 기여에 의하여 저하된 콘트라스트를 제공하기 때문이다.

본 발명에 따른 액정 소자 (11)이 도 2a에 나타낸 것처럼 투과 소자로 사용될 때, 한 쌍의 편광판 (13a) 및 (13b)가 액정 소자 (11)의 외부에 배치된다. 이러한 경우, 편광판 (13a) 및 (13b)의 편광축 (13aa) 및 (13bb)는 각각 도 2b에 나타낸 것처럼 배치되어 한 쌍의 기판에 제공된 연마 방향 (14) (기판의 연마 방향이 서로 어느 정도의 각도로 교차할 때 연마 방향의 평균을 나타낸다)로 부터 각각 45도의 각도를 형성한다. 액정 소자가 반사 소자를 형성하는 데 사용되는 경우, 관찰자로부터 보이는 반대편에 배치된 편광판 (13a)는 생략될 수 있다.

본 발명에 따른 액정 소자에 있어서, 양의 위상차를 갖는 단축 상 보정판 (12a)(다수의 위상차 필름을 적층시켜 형성함)를 배치하여 소정 전압에서 액정층을 통과하는 광의 위상차를 보정함으로써 상기 전압에서 흑색 디스플레이 광을 보정하는 것이 바람직하다. 또한, 액정층의 중심부에서의 액정 분자는 기판에 대해 수직인 성분에 풍부하며, 전압 인가하에 시각 특성이 손상되기 쉽기 때문에, 도 1b에 도시된 Z 방향의 성분을 상대적으로 감소시켜 음의 위상차(R < 0)를 갖는 상 보정판 (12b)를 삽입함으로써 액정층 중 기판에 대해 수직인 성분과 기판에 대해 평행한 성분간의 위상차 차이를 감소시키고, 그럼으로써 시각 특성을 개선하는 것이 바람직하다.

별법으로는, 상 보정판 (12a) 및 (12b)를 사용하는 대신에 상기 기능을 함께 갖는 2축 상 보정판을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 암 상태에서 액정 소자의 위상차를 50 ㎚ 이하로 감소시킨 셀 구조를 구성한다면 상기한 상 보정판 (12a)를 생략할 수 있다.

보다 구체적으로, 콘트라스트는 액정층의 위상차에 의해서만 측정하고, 정면위치로부터 관측한 투과율 T(%)는 sin²(Rπ/λ)[여기서, R은 액정층의 위상차(㎚)를 나타내고, λ는 입사광 파장(㎚)을 나타냄]에 비례한다.

실제 성능의 평가를 편리하게 하기 위해서, λ로서 인간의 눈에 가장 민감한 550 ㎚를 선택할 수 있다. 이에 따라, T(%)는 sin²(Rπ/550)에 비례하게 된다.

그 결과, 명 상태에 상응하는 최대 투과율은 R = 275 ㎚(=550/2)에서 얻어진다. 따라서, 충분한 콘트라스트를 제공하기 위하여 암 상태의 위상차가 더 작은 것이 바람직하다. 도 6은 명 상태의 위상차가 275 ㎚인 경우 암 상태의 위상차의 변화에 따른 콘트라스트 의존성을 보여준다. 도 6은 암 상태의 위상차가 50 ㎚ 이하로 억제될 경우 콘트라스트가 상당이 증가한다는 것을 보여준다. 따라서, 암 상태의 위상차가 50 ㎚ 이하인 경우에는, 상 보정판 (12a)를 사용하지 않고 통상적인 디스플레이에 허용되는 10 이상의 실제 콘트라스트를 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 액정 소자의 하나의 구현예의 한 화소의 단면도를 나타내고, 도 4는 액정 소자를 포함하는 디스플레이 패널의 개략 평면도이다. 액정 소자는 개폐 부재(소자)로서 TFT(박막 트랜지스터)를 사용하는 활성 매트릭스형 액정 소자 (10)이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 액정 소자 (10)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소 전극 (31)을 포함하고, 각 화소 전극 (31)에는 TFT (41)이 제공되어 있는데, 그의 게이트 전극은 주사 신호선 (46)에 연결되고 전원 전극은 데이터 신호선 (44)에 연결되어 배선 매트릭스를 형성한다. 각 주사 신호선 (46)은 주사 신호 인가 회로 (43)으로부터 주사 선택 신호(선택된 선 상의 TFT (41)에 대해 ON 신호)가 순차적으로 공급되며, 주사 선택 신호와 동시에 각 데이터 신호선 (44)에는 데이터 신호 인가 회로 (45)로부터 소정 계조 데이터를 포함하는 데이터 신호가 공급되어 선택된 선 상의 화소 전극 (31)에 데이터 신호가 공급됨으로써 개별 화소에서 액정에 기록되어 소정 디스플레이 상태가 제공된다.

분획 구조를 설명하기 위한 도 3에서 액정 소자 (10)의 각 화소는 기판 (21), 기판 (21) 상에 배치되고 게이트 전극 (22), 게이트 절연 필름 (23), 반도체층 (24), 오옴의 접촉층 (25), 절연층 (26), 전원 전극 (27), 드레인 전극 (28) 및 패시베이션 필름 (29)를 포함하는 TFT (41), 드레인 전극 (28)에 연결된 화소 전극 (31), 보류 커패시터 전극 (30), 상기한 기판 (21) 상의 부재들 상에 배치된 정렬 필름 (33), 공통 전극 (36), 절연층 (37) 및 정렬 필름 (38)을 갖는 반대 기판 (35), 및 각각 (42b) 및 (42a) 방향으로 연마된 정렬 필름 (33) 및 (38) 사이에 배치된 액정을 포함한다.

도 3에서, 투과형 액정 소자의 경우 기판 (21)은 통상의 유리 또는 플라스틱을 포함하는 투명한 기판이고, 반사형 소자의 경우 기판 (21)은 예를 들면 몇몇 경우 규소를 포함하는 불투명 기판일 수 있다. 화소 전극 (31) 및 공통 전극 (36)은 ITO(인듐 주석 산화물)와 같은 투명 전도체를 포함하며, 투과형일 경우 화소 전극은 반사율이 높은 금속을 포함하므로 반사형에서의 반사판으로서 기능할 수도 있다. 반도체층 (24)는 일반적으로 비정질 (a-)Si일 수 있는데, 예를 들면 약 300 ℃에서 가열시킨 유리 기판 상에 수소로 희석시킨 모노실란(SiH₄)의 글로우 방전 분해(플라즈마 CVD)에 의해 약 200 ㎚의 두께로 형성시킬 수 있다. 별법으로, 다결정질 (p-)Si를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 오옴의 접촉층 (25)는 예를 들면, n⁺a-Si층에 인을 도핑함으로써 형성할 수 있다. 게이트 절연 필름 (23)은 글로우 방전 분해에 의해 형성된 바와 같은 규소 질화물(SiN_x) 등을 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극 (22), 전원 전극 (27), 드레인 전극 (28), 보류 커패시터 전극 (30) 및 납 전도체는 일반적으로 Al과 같은 금속을 포함할 수 있다. 보류 커패시터 전극 (30)은 때때로 ITO와 같은 투명 전도체를 포함할 수 있다. 절연층 (37)은 Ta₂O₅등을 포함할 수 있고, 절연층 (26) 및 패시베이션층 (29)는 바람직하게는 예를 들면 규소 질화물의 절연 필름을 포함할 수 있다.

도 5는 상기한 구현예의 액정 소자를 구동하기 위한 구동 신호 파형 세트의 예를 보여준다. 도 5의 (a) 내지 (c)에는 각각 제1, 제2 및 (최종) 제n번째 주사 신호선에 인가된 주사 신호 파형이 도시되어 있다. (d)에는 (a)에서의 주사 신호 파형 및 (d)에서의 주사 신호 파형의 인가 결과로서 제1 열 및 제1 행 상의 화소에 인가된 제1 데이터 신호 파형에 인가된 데이터 신호 파형이 도시되어 있다.

본 구현예의 액정 소자는 0 볼트의 낮은 구동 전압으로 구동시킬 수 있지만, 소정값의 낮은 구동 전압을 인가함으로써 보다 높은 속도로 구동시킬 수 있다.

본 발명에 따른 액정 소자에 특정 네마틱 액정을 사용하여 특정 위상차 계수를 제공함으로써 전압을 인가하지 않고 굽힘 정렬을 형성할 수 있다. 다른 구조 부재 및 재료, 형상, 크기 및 제조 공정은 특별히 제한적이지 않으며, 종래 액정소자를 위한 공지된 기술을 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 기준으로 보다 상세히 설명한다. 다음 실시예에 있어서, 위상차 계수 값은 목적하는 액정 소자를 위한 베렉(Berek) 보정장치를 사용하여 측정하였다. 한편, 프리틸트각 값은 연마 방향은 반평행이지만 다른 것은 목적 액정 소자와 유사하게 테스트 액정 소자를 제조하고 테스트 액정 소자의 위상차 값 측정용 베렉 보정장치를 사용하여 구하였다.

<실시예 1>

평면 크기가 230 ㎚ x 180 ㎚이고 도 3에 도시된 바와 같은 분획 구조를 갖는 TFT 구동 액정 소자를 제조하였다. TFT 기판 구조물은 공지된 TFT 제조 기술에 따라 제조하고, TFT (41)의 반도체층 (24)를 a-Si로 형성하였다.

본 실시예에서 정렬 필름 (33) 및 (38)은 상기한 화학식 (20)의 동방향 정렬 필름 물질 (수지 A) 및 하기 화학식으로 표시되는 반복 단위를 갖는 폴리이미드형 균일한 정렬 필름 물질 (수지 B)를 혼합하여 수지 A의 함량이 1 내지 8 중량%가 되게 함으로써 얻은 각종 성분의 복합 정렬 필름으로 형성하였다.

불소 함유 네마틱 액정(예, "KN-5030", Chisso K.K. 제품)에 대해서, 수지 A는 액정 분자를 동방향으로 정렬시키는 반면, 수지 B는 균일한 정렬을 실현하는 것으로 밝혀졌다. 수지 B 단독으로는 5도 미만의 프리틸트각을 제공하였다. 수지 A를 1 내지 8 중량% 함유하는 수지 A와 B의 혼합물은 수지 A 함량 5 중량%의 혼합물을 포함하여, 위상차 계수 0.27 및 프리틸트각 30도를 제공하는 굽힘 정렬을 실현하는 것으로 밝혀졌다. 본 실시예에서 수지 A 함량이 1 중량% 미만이면 전체 영역에 걸쳐 액정의 균일한 정렬이 일어나며, 수지 A 함량이 8 중량% 초과이면 전체 영역에 걸쳐 액정의 동방향 정렬이 일어났다.

본 실시예에서 수지 A와 B의 40 ㎚ 두께의 복합 필름은 각 전구체 용액을 혼합하고 얻어진 혼합물 용액을 기판 상에 도포한 후 소성시킴으로써 형성하였다. 혼합 및 소성 전에 수지 B를 주로 NMP(N-메틸피롤리돈)를 포함하는 용매에 용해시키고, 혼합 및 소성 전에 수지 A를 주로 IPA(이소프로필 알코올)를 포함하는 용매에 용해시켰다. 수지 A 및 수지 B는 양호한 상호 혼합성을 나타내지 않았으므로, 상기 수지의 혼합물 전구체 용액을 잘 교반시킨 후 미리 약 100 ℃로 가열시킨 기판 상에 도포하고, 이어서 코팅을 200 ℃에서 60분 동안 소성시켰다.

상기와 같이 도포한 정렬 필름을 회전 속도 1000 rpm, 기판에 대해 가압시킨 면사 가압 팁 길이 0.3 ㎜ 및 기판 공급 속도 50 ㎜/sec의 조건하에 면사로 된 직물이 감긴 80 ㎜ 직경의 롤러를 포함하는 연마 롤러를 사용하여 연마시켰다.

각각 상기와 같이 연마된 정렬 필름을 갖는 한쌍의 기판을 연마 방향이 서로 평행하도록 서로 반대로 겹쳐 놓고, 6 ㎛ 직경의 스페이서 비드를 통하여 서로에게 도포하여 블랭크 셀을 형성하였는데, 여기에 콜레스테릭상을 나타내지 않는 불소함유 네마틱 액정("KN-5030", Chisso K.K. 제품, 체적 비저항(V_R) = 1.2x10¹⁴ohm.cm)을 주입하여 액정 소자를 제공하였다.

본 실시예에서의 액정 주입 및 정렬 상태 전개 방법은 도 8a 및 8b에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 액정은 셀 (81)로 주입되어 (81) 방향으로 이동하며 액정 유동의 영향으로 인하여 스플레이 정렬 구역 (83)을 형성한다. 그러나, 주입이 완결되면 굽힘 정렬 구역 (84)는 도 8b에 도시된 바와 같은 최심부벽에 인접한 부분 및 주입구에 가까운 부분으로부터 발생 및 전개하여 전체 영역에 걸쳐 전파된다. 또한, 몇몇 경우에는 약간의 스플레이 정렬 구역이 남지만 본 실시예의 액정 소자는 굽힘 정렬이 스플레이 정렬보다 안정하도록 설정하였기 때문에 구동 전압 인가에 의해 쉽게 제거되므로 전체 영역에 걸쳐 굽힘 정렬을 제공하였다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 제조되어 수지 A 함량 5 중량%의 복합 정렬 필름을 갖는 액정 소자 (11)의 외부에는 통상적인 백색 디스플레이에서 흑색 디스플레이의 광 보정을 위한 위상차 36 ㎚의 상 보정판 (12a)가 배치되고, 시각 특성을 개선시키기 위하여 음의 위상차를 갖는 상 보정판 (12b)가 더 배치된다. 보다 구체적으로, 상 보정판 (12b)는 액정 소자 및 상 보정판 (12a)를 통과하고 기판에 대해 수직 방향의 굴절률 n_z및 n_z방향에 수직 방향의 굴절률 n_x(및 n_x와 n_z방향 모두에 대해 수직 방향의 굴절률 n_y(= n_x))를 포함하는 굴절 타원체를 나타내는 광과 관련하여 기판에 대해 수직 방향의 굴절률 n_z' 및 n_z' 방향에 수직 방향의굴절률 n_x' (및 n_z'와 n_x' 방향 모두에 대해 수직 방향의 굴절률 n_y' (= n_x'))를 제공하는 굴절 타원체를 제공하도록 설정하였다. 또한, 직교 니콜 편광판 (13a) 및 (13b)를 배치하여 통상적으로 백색 디스플레이 형태를 나타내는 액정 디스플레이 소자를 제공하였다.

이렇게 제조한 액정 디스플레이 소자를 통상적인 백색 디스플레이 모드에 따라 도 5에 도시된 파형을 인가함으로써 구동시켰는데, ±6.6 볼트에서의 디스플레이 및 흑색 디스플레이 동안 파라미터 V_+g= 10 볼트, V_-g= -10 볼트, 게이트 선택 기간 ΔT = 16 μsec, 데이터 신호 전압 = ±1.9 볼트 내지 ±6.6 볼트로 설정하였다. 또한, 본 실시예에서 감응 속도를 증가시키도록 낮은 전압을 ±1.9 볼트로 설정하는 반면 소자를 0 볼트의 낮은 데이터 신호 전압에서 구동시킬 수 있다. 공통 전극은 표준 전위로 설정할 수 있다. 이러한 조건하에서 감응 시간 τ_on및 τ_off를 각각 낮은 전압 상태로부터 높은 전압 상태로 90 % 투과율 변화 및 높은 전압 상태에서 낮은 전압 상태로 90 % 투과율 변화의 시간으로서 측정하였다. 그 결과, 본 실시예에서 실온에서 측정한 바와 같이 (다른 실시예에서와 유사) (100 %에서 10 %의 투과율 변화를 유발하는) τ_on은 0.36 msec이고, (0 %에서 90 %의 투과율 변화를 유발하는) τ_off는 4.72 msec였다.

<실시예 2>

실시예 1에 사용된 균일한 정렬 필름 물질로서 수지 A 및 수지 B와의 혼합물대신에 동방향 정렬 필름 물질로서 화학식 n-C₈F₁₇SO₂N(C₃H₇)C₃H₆Si(OCH₃)₃의 단량체로부터 제조한 수지 C를 사용하고, 그 이외에는 실시예 1과 유사한 방법으로 액정 소자를 제조하였다.

수지 C 단독의 정렬 필름은 α-브로모나프탈렌과의 접촉각이 73.7도이고, 요오드화메틸렌과의 접촉각이 94.3도이고, 물과의 접촉각이 107.4도이므로, 표면 에너지 35.6 dyne/㎝를 나타내고, 그 결과 불소 함유 네마틱 액정의 동방향 정렬을 나타냈다.

복합 정렬 필름은 수지 C용 단량체 용액과 수지 B 전구체(폴리암산) 용액을 주로 NMP를 포함하는 용매 중에서 다양한 비율로 혼합하여 수지 C 함량이 1 내지 10 중량%를 나타내도록 함으로써 형성하였다. 각 혼합물 용액을 잘 교반하고 미리 100 ℃로 가열시킨 기판 상에 도포하고 200 ℃에서 60분 동안 소성시켰다. 이어서, 각 복합 정렬 필름을 실시예 1과 동일한 방법으로 연마하였다.

본 실시예에 있어서, 상기한 범위의 수지 C 함량은 초기 상태로서 안정한 굽힘 정렬을 제공하였다. 수지 C 함량이 5 중량%인 복합 정렬 필름을 포함하는 액정 소자는 위상차 계수가 0.2이고 프리틸트각은 40도였다.

액정 소자 외부에는 위상차 41 ㎚의 상 보정판 (12a), 음의 위상차를 갖는 상 보정판 (12b) 및 한쌍의 직교 니콜 편광판 (13a) 및 (13b)를 배치하여 도 2에 도시된 바와 같은 액정 디스플레이 소자를 제공하였다. 액정 디스플레이 소자는 굽힘 전압의 인가없이 초기 상태로서 굽힘 정렬을 제공하며 실시예 1과 유사하게성공적으로 구동시킬 수 있음을 알게 되었다.

또한, 단량체 [n-C₈F₁₇SO₂N(C₂H₅)CH₂COO]CrCl₂로부터 제조한 수지 D는 본 실시예에 사용된 수지 C와 유사한 기능을 갖는 것을 알게 되었다.

<실시예 3>

각종 두께를 갖고 동방향 정렬 필름 물질 함량이 1 내지 10 중량%인 복합 정렬 필름을 제조하기 위하여 동방향 정렬 필름 물질로서 수지 E ("SE-1211", Nissan Kagaku K.K. 제품) 및 균일한 정렬 필름 물질로서 수지 F (폴리아미드형 "AL0656", Nippon Gosei Gomu K.K. 제품)를 사용하여 각종 복합 정렬 필름 및 이 정렬 필름을 포함하는 액정 소자를 제조하였다. 그 결과, 초기 상태로서 안정한 굽힘 정렬을 제공하기 위한 적합한 동방향 정렬 필름 물질 함량은 도 9의 그래프에 도시된 바와 같이 변하였다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 정렬 필름 두께 30 ㎚에서는 수지 E 함량이 2.5 내지 7.5 중량%일 경우 및 정렬 필름 두께 80 ㎚에서는 수지 E 함량이 1 내지 5 중량%일 경우 안정한 굽힘 정렬이 얻어졌다.

또한, 두께 30 ㎚ 및 수지 E 함량 5 중량%의 정렬 필름을 사용한 액정 소자는 위상차 계수가 0.22이고 프리틸트각이 36도이며, 두께 30 ㎚ 및 수지 E 함량 7 중량%의 정렬 필름을 사용한 액정 소자는 위상차 계수가 0.17이고 프리틸트각이 45도였다.

두께 30 ㎚ 및 수지 E 함량 6 중량%의 정렬 필름을 사용한 액정 소자 (11)에 대해서는 도 2에 도시된 바와 같이 외부에 흑색 디스플레이의 광 보정을 위한 위상차 50 ㎚의 상 보정판 (12a), 음의 위상차를 갖는 상 보정판 (12b) 및 한쌍의 교차 니콜 편광판 (13a) 및 (13b)를 배치하여 실시예 1과 유사한 액정 디스플레이 소자를 제공하였다.

이렇게 제조한 액정 디스플레이 소자를 통상적인 백색 디스플레이 모드에 따라 도 5에 도시된 구동 파형을 인가함으로써 구동시켰는데, 디스플레이 동안 파라미터 V_+g= 10 볼트, V_-g= -10 볼트, ΔT = 16 μsec, 데이터 신호 전압 = 0.0 볼트 내지 ±5.0 볼트로 설정하고 공통 전극 전위는 표준 전위로 설정하며, 한편 하나의 프레임에 직류 전압을 인가하였다. 본 실시예의 액정 소자는 (전압 변화 0 볼트 내지 ±5.0 볼트에서 100 %에서 10 %의 투과율 변화를 유발하는) 감응 시간 τ_on은 0.76 msec이고, (전압 변화 ±5.0 볼트 내지 0 볼트에서 0 %에서 90 %의 투과율 변화를 유발하는) τ_off는 9.9 msec였다.

비교를 위하여, 복합 정렬 필름을 수지 F 단독의 정렬 필름(프리틸트각 6도를 제공함)으로 대체한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 액정 소자를 제조하였다. 액정 소자는 초기 상태에서 스플레이 정렬을 나타내므로 굽힘 정렬 처리로서 7 볼트를 공급하였다. 이 후, 소자를 통상적인 백색 디스플레이 모드에 따라 도 5에 도시된 구동 파형을 인가함으로써 구동시켰는데, 디스플레이 동안 파라미터 V_+g= 10 볼트, V_-g= -10 볼트, ΔT = 16 μsec, 데이터 신호 전압 = ±2.0 볼트 내지 ±5.2 볼트로 설정하고, 공통 전극 전위를 표준 전위로 설정하였다. 본 실시예의 액정 소자는 (전압 변화 ±2.0 볼트 내지 ±5.2 볼트에서 100 %에서 10 %의 투과율 변화를 유발하는) 감응 시간 τ_on은 1.36 msec이고, (전압 변화 ±5.2 볼트 내지 ±2.0 볼트에서 0 %에서 90 %의 투과율 변화를 유발하는) τ_off는 15.08 msec였다. 이러한 결과와 비교하여, (τ_on은 0.76 msec이고, τ_off는 9.9 msec인) 본 실시예의 액정 소자가 상당히 뛰어난 감응도를 나타냄을 알게 되었다.

<실시예 4>

수지 E 및 수지 F를 각종 비율로 혼합하여 제조한 30 ㎚ 두께 및 80 ㎚ 두께의 상이한 복합 정렬 필름을 사용하고, 동일한 불소 함유 네마틱 액정 또는 비불소 함유 피리미딘 기재의 네마틱 액정 ("KN-5027", Chisso K.K. 제품) 중 하나를 사용하여 각종 액정 소자를 제조하였다. 다른 구조는 실시예 3에 채택된 것과 동일하였다.

정렬 필름 및 각 액정 소자의 초기 상태의 특정값을 하기 표 1에 요약하였다.

정렬 필름	네마틱 액정의 초기 정렬 상태
수지 E 함량	표면 에너지 (dyne/㎝)	불소^*	비불소
80 ㎚ (중량%)	표면 에너지 (dyne/㎝)	불소^*	비불소	30 ㎚ (중량%)
7.5	11.0	<37.0	C	동방향
-	11.0	37.3	B	동방향
-	7.5	37.4	A	동방향
-	5.0	37.8	A	동방향
-	2.5	38.7	A	동방향
5.0	-	39.2	A	균일한
1.0	-	40.9	A	균일한
-	1.0	42.1	B	균일한
-	<0.9	42.5	C	균일한
A : 90 % 이상의 영역에 걸친 굽힘 정렬
B : 60 내지 90 %의 영역에 걸친 굽힘 정렬
C : 40 내지 60 %의 영역에 걸친 굽힘 정렬

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 표면 에너지 범위 37.7 내지 41.1 dyne/㎝, 특히 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 표면 에너지 범위 37.4 내지 40.9 dyne/㎝에서 안정한 굽힘 정렬을 확립하였다. 또한, 수지 E를 3 중량% 함유하는 80 ㎚ 두께의 정렬 필름을 갖는 액정 소자는 위상차 계수가 0.22이고, 프리틸트각이 36도였다.

이들 중, 수지 E를 3 중량% 함유하는 80 ㎚ 두께의 정렬 필름을 갖는 액정 소자는 0.0 볼트에서 흑색 디스플레이를 위한 양의 위상차 145 ㎚를 갖는 상 보정판 (12a) 및 통상적인 흑색 디스플레이를 위한 한쌍의 교차 니콜 편광판을 포함하는 디스플레이 소자로서 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 이 소자를 통상적인 백색 디스플레이 모드에 따라 도 5에 도시된 구동 파형을 인가함으로써 구동시켰는데, 디스플레이 동안 파라미터 V_+g= 10 볼트, V_-g= -10 볼트, ΔT = 16 μsec, 데이터 신호 전압 = 0.0 볼트 내지 ±5.3 볼트로 설정하고 공통 전극 전위는 표준 전위로 설정하였다. 그 결과, 전기장 없이도 굽힘 정렬이 안정하므로 프레임 기간 동안 화소 전압의 감쇄가 일어나지 않는 액정 디스플레이 소자를 사용함으로써 통상적인 흑색 모드에 따라 깜빡거림이 없는 고콘트라스트 디스플레이를 수행할 수 있다. 액정 소자는 (전압 변화 0 볼트 내지 ±5.3 볼트에서 100 %에서 10 %의 투과율 변화를 유발하는) 감응 시간 τ_on은 0.76 msec이고, (전압 변화 ±5.0 볼트 내지 0 볼트에서 0 %에서 90 %의 투과율 변화를 유발하는) τ_off는 9.9 msec였다.

백색 디스플레이의 투과율은 인가 전압 0 볼트 및 ±5.3 볼트에서의 위상차차이에 의해 영향받았다. 이 계수의 관점에서 위상차값의 최적화는 (1)셀 두께를 증가시킴으로서 또는 (2) 피리미딘 기재 액정과 같이 Δn값이 더 큰 액정(본 실시예에 사용된 액정의 Δn = 0.13과 비교하여 더 큰 0.16의 Δn일 수 있음)을 사용함으로써 수행할 수 있다.

<실시예 5>

각종 탄성 상수 K₁₁(스프레딩 또는 스플레잉), K₂₂(비틀림), K₃₃(굽힘) 및 비율 K₃₃/K₂₂를 갖는 액정을 제공하여 그의 초기 정렬 상태를 평가하였다. 보다 구체적으로, "RDP-50892" (V_R= 9x10¹³ohm.cm)와 "RDP-30864" (V_R= 9x10¹³ohm.cm) (Rodic Co. 제품), 및 "KN-5028" (V_R= 1.1x10¹⁴ohm.cm)과 "KN-5031" (V_R= 1.3x10¹⁴ohm.cm) (Chisso K.K. 제품), 및 탄성 상수 비율이 조정된 액정 결정 LC-1 내지 LC-3의 혼합물을 포함하는 불소 함유 네마틱 액정을 제공하였다. 이 액정은 키랄 성분이 없으며 문헌 ["Ekisho: Kisohen (Liquid Crystals: Basics)", Baihuukan K.K. (1985.7.15) 발행, 216쪽 이하]에 기재된 방법에 따라 측정하여 하기 표 2에 나타난 탄성 상수를 갖는 것을 알게 되었다.

	K₁₁	K₂₂	K₃₃	K₃₃/K₂₂
LC-1	12.7	4.3	19.5	4.53
LC-2	12.3	4.3	19.0	4.42
RDP-30864	15.3	4.6	20.0	4.35
RDP-50892	11.3	4.3	17.7	4.12
LC-3	10.2	4.8	18.0	3.75
KN-5028	9.6	6.1	12.7	2.08
KN-5031	11.1	7.6	15.9	2.07

상기 액정과 함께 수지 E 함량 5 중량%로 (실시예 3에 사용된 바와 같은) 수지 E 및 수지 F를 포함하는 30 ㎚ 두께의 복합 정렬 필름, 및 다른 구성은 실시예 3과 동일하며 수지 F만을 포함하는 30 ㎚ 두께의 복합 정렬 필름을 사용하여 액정 소자를 제조하고, 그의 정렬 상태를 각각 0 볼트 및 2.0 볼트의 인가하에 평가하였다. 상기한 바와 같은 불소 함유 네마틱 액정과 함께 사용할 경우, 복합 정렬 필름을 사용한 액정 소자는 위상차 계수가 0.22이고 프리틸트각은 36도였으며, 수지 F만의 정렬 필름을 사용한 액정 소자는 위상차 계수가 1.0이고 프리틸트각은 6도였다. 정렬 상태의 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

정렬 필름	복합 (수지 E + F)	수지 F 단독
인가 전압 (볼트)	0.0	2.0	0.0	2.0
(액정)	(K₃₃/K₂₂)	C	A	D	A
LC-1	4.53	C	A	D	A
LC-2	4.42	C	A	D	A
RDP-30864	4.35	C	A	D	A
RDP-508932	4.12	B	A	D	A
LC-3	3.75	B	A	D	A
KN-5028	2.08	A	A	D	A
KN-5031	2.07	A	A	D	A
A : 전체 영역에 걸쳐 NT 굽힘 정렬.
B : 대부분의 영역에 NT 굽힘 정렬 및 약간의 영역에 T 굽힘 정렬.
C : 약간의 영역에 NT 굽힘 정렬 및 대부분의 영역에 T 굽힘 정렬.
D : 전체 영역에 걸쳐 스플레이 정렬.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수지 F만의 정렬 필름을 사용한 모든 액정 소자는 굽힘 정렬을 나타내는데 실패하고 스플레이 정렬을 나타내었다. 이 경우, 스플레이 정렬을 굽힘 정렬로 전환시키기 위하여 5.0 볼트 이상의 전압을 간헐적으로 인가하고, 굽힘 정렬 상태를 유지하기 위하여 약 2.0 볼트의 전압을 계속 인가할 필요가 있었다.

한편, 복합 정렬 필름을 사용한 액정 소자에서는 탄성 상수 비율 K₃₃/K₂₂가 4.12를 초과하는 액정을 이용한 경우를 제외하고는 전압을 인가하지 않고서도 굽힘 정렬이 스플레이 정렬보다 안정하였다. 또한, 탄성 상수 비율이 2.08 이하인 액정을 사용한 액정 소자에서는 높은 콘트라스트를 제공하는 NT 굽힘 정렬이 전체 영역에 걸쳐 전개되었으므로 상기와 같이 낮은 탄성 상수 비율을 나타내는 액정을 사용함으로써 고콘트라스트의 액정 소자를 얻을 수 있음을 보여준다.

본 발명에 따라, 초기 상태에서 굽힘 정렬이 안정하므로 전압 인가와 같은 굽힘 정렬 처리 및 또한 액정 소자의 재사용 전의 재굽힘 정렬 처리를 행할 필요가 없으며, 또한 구동 동안 유지 전압을 인가할 필요가 없게 되는 액정 소자가 제공된다. 따라서, 굽힘 정렬에서 항상 안정한 고속 구동을 허용함으로써 뛰어난 디스플레이 특성 및 고신뢰도를 나타내는 액정 소자를 제공할 수 있다.

Claims

전극 및 정렬 필름을 갖는 한 쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 불소 함유 네마틱 액정을 포함하며, 상기 정렬 필름에는 전압 인가 없이 굽힘 정렬 상태로 네마틱 액정의 액정 분자를 정렬시키는 정렬력이 제공되며, 소정의 전압을 인가할 경우 액정의 굴절률 이방성 Δn, 액정 소자의 셀 두께 d (nm)에 대한 액정 소자의 위상차 R (nm)일 때, 위상차 계수 R/Δn·d가 0.12 내지 0.3인 액정 소자.
제1항에 있어서, 상기 정렬 필름이 액정을 동방향으로 정렬하는 동방향 정렬 필름 성분 및 액정을 균일하게 정렬하는 균일한 정렬 필름 성분을 포함하는 액정 소자.
제2항에 있어서, 상기 정렬 필름이 액정을 동방향으로 정렬하기 위한 동방향 정렬 필름 재료 및 액정을 균일하게 정렬하기 위한 균일한 정렬 필름 재료의 혼합물을 포함하는 액정 소자.
제3항에 있어서, 상기 동방향 정렬 필름 재료가 플루오로알킬 사슬을 포함하는 분자 구조를 갖는 화합물을 포함하는 액정 소자.
제4항에 있어서, 상기 동방향 정렬 필름 재료가 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 반복 단위를 갖는 중합체 화합물을 포함하는 액정 소자.

<화학식 1>

<화학식 2>

식중, X 및 Z은 각각 폴리알킬렌 사슬, 폴리아크릴산 사슬, 폴리메타크릴산 사슬, 프탈로게노아크릴산 사슬, 폴리알킬아크릴산 사슬, 폴리옥시알킬렌 사슬, 폴리이미드 사슬, 폴리아미드 사슬, 폴리에테르 사슬, 폴리플르오르화 알킬 사슬 또는 폴리카르보네이트 사슬을 나타내고,

Y는 비방향적으로 단일결합, -O-, -COO-, -OCOO-, 또는 (여기서, R₁및 R₂는 독립적으로 알킬 또는 수소를 나타내고, R₃는 알킬렌을 나타내고, m, n, p, q, r, s 및 t는 독립적으로 0 또는 1을 나타낸다)을 나타내고,

M은 0 내지 20의 정수이고, 및

N (접미어)은 0 내지 30의 정수를 나타낸다.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정렬 필름이 42.1 dyne/cm 이하의 표면 에너지를 갖는 액정 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정렬 필름이 37.4 내지 40.9 dyne/cm의 표면 에너지를 갖는 액정 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네마틱 액정이 굽힘에 대한 탄성 상수 K₃₃및 비틀림에 대한 탄성 상수 K₂₂사이의 비 K₃₃/K₂₂가 4.12 이하인 불소 함유 네마틱 액정인 액정 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네마틱 액정이 굽힘에 대한 탄성 상수 K₃₃및 비틀림에 대한 탄성 상수 K₂₂사이의 비 K₃₃/K₂₂가 2.08 이하인 불소 함유 네마틱 액정인 액정 소자.
제1항에 있어서, 암 디스플레이 상태에서의 액정이 50 nm 이하의 위상차를 갖도록 고정된 액정 소자.
제1항에 있어서, 상기 위상차 계수가 0.12 이상으로 고정된 액정 소자.
제1항에 있어서, 상기 위상차 계수가 0.17 내지 0.27로 고정된 액정 소자.