KR100262448B1

KR100262448B1 - 전기광학장치 및 그의 제작방법

Info

Publication number: KR100262448B1
Application number: KR1019950003313A
Authority: KR
Inventors: 미치오 시미즈; 도시미쓰 고누마; 다케시 니시; 고우지 모리야
Original assignee: 야마자끼 순페이; 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-18
Publication date: 2000-08-01
Also published as: KR950033570A; US5682218A

Abstract

액정 셀에서, 기판들 사이의 거리가 액정물질의 배향에 악영향 없이 증가하는 것이 방지되게 고정된다. 액정물질내의 바람직하지 않은 전하의 역영향은 광학적 특성을 안정화 시켜 제거된다. 액정물질과 비-경화된 수지(주, 수지 합성 물질과 반응개시제)의 혼합물이 액정 셀을 형성하는 광투과성 기판들 사이에 주입된다. 비-경화된 수지는 셀의 내부로 침전되고, 액정 물질은 배향된다. 그후, 반응 개시제는 수지가 컬럼 형태의 수지와 함께 두기판을 결합시키게 경화되도록 개방되고 찢어진다. 이 경우에, 액정측 내의 바람직하지 않은 경화는 반응개시제의 분열(개방 또는 찢어짐)과 동시에 발생하는 수지의 경화 효과에 의해 소멸된다.

Description

전기공학장치 및 그의 제작방법

제1도는 종래의 액정 셀(CELL)의 개요를 나타내는 도면.

제2도는 본 발명의 액정 셀의 기본구조를 나타내는 도면.

제3도는 수지가 표시부의 면적을 차지하는 비율과 혼합물중의 미경화주지 혼입률의 관계를 나타내는 도표.

제4도는 본 발명에 따른 액정전기광학장치의 구성을 나타내는 개략도.

제5도는 실시예 4에 따른 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제6도는 실시예 4, 5 및 6에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제7도는 실시예 4에 대한 비교예의 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제8도는 실시예4에 대한 비교예의 액정전기광학장치의 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제9도는 실시예 4에 대한 다른 비교예의 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한때의 광학특성을 나타내는 도면.

제10도는 실시예 5에 따른 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제11도는 실시예 5에 대한 비교예의 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제12도는 실시예 5 및 6에대한 비교예의 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제13도는 실시예 6에 따른 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제14도는 실시예 6에 대한 비교예의 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제15도는 실시예 7에 따른 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제16도는 실시예 7에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제17도는 실시예 7에 따른 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제18도는 실시예 7에 대한 비교예의 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성은 나타내는 도면.

제19도는 실시예 9 및10의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제20도는 자외광 조사후 실시예 9 및 10에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제21도는 자외광 조사전에 실시예 10에 따른 액정저기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제22도는 자외광 조사전에 실시예 11에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제23도는 자외광 조사후에 실시예 11에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제24도는 비교예 1 및 2의 전류-전압특성을 나타내는 도면.

제25도는 비교예 1에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제26도는 비교예 2에 따른 액정전기광학장치에 펄스전압을 인가한 때의 광학특성을 나타내는 도면.

제27도는 기판상 형성된 미세한 패턴의 SEM 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100, 101: 전극 및 리드(lead) 102, 103: 기판

104, 105: 배향막 106 : 실리카 비드(bead)

107: 시일재(材) 108: 기둥형상 수지

109: 수지 덩어리 110: 액정

111: 반응개시제 112, 113: 편광판

1110, 1111: 청판유리 1112, 1113: ITO

1114, 1115: 폴리이미드 1116: 액정재료

1117: 수지 1118: 스페이서

1119: 시일재 1120, 1121: 편광판

본 발명은 복굴절형 또는 선광형(旋光型)의 액정건기광학장치 및 그의 제작방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 액정전기광학장치, 특히, 대면적의 액정전기광학장치의 기판간격(즉, 기판간 거리)을 일정하게 유지하기 위한 구조 및 그의 제작방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정재료로부터 석출된 미경화 수지를 경화시켜 얻어진 기동(cplumn)형상의 수지를 갖는 액정전기광학장치 및 그의 제작방법에 관한 것이다.

통상의 액정전기광학장치중, 네마틱 액정 등을 사용한 TN형 또는 STN형 액정전기광학장치가 잘 알려져 있고 실용화되고 있다. 또한, 최근에는, 강유전성 액정을 사용한 장치도 잘 알려져 있다. 이들 액정전기광학장치는 기본적으로는, 전극을 가진 제1기판과 전극을 가진 제2기판을, 전극을 갖는 면을 내측으로 한여 대향시켜 설치하고, 제1기판과 제2기판 사이에 액정재료를 배치하여 액정층을 형성하고, 상기 기판상의 전극들에 의해 상기 액정층에 전압을 인가하여, 액정분자 자신의 유전율의 이방성에 의해 또는 강유전성 액정의 경우는 자발분극에 의해 액정재료의 상태를 변화시키고, 그 결과, 액정분자의 상태변화에 따른 전기광학효과를 이용하는 것이다.

TN 및 STN형 액정전기광학장치에서, 액정분자응 액정층의 기판접촉면에서 배향처리를 위해 행해진 러빙(rubbling)공정의 규제력에 따라 러빙방향으로 배열된다. 상하부 기판에서는, 이 러빙방향이 대략 90°또는 200°∼290°만큼 오프셋되어 있다. 액정층의 중간부근에서는, 액정분자가, 90°∼290°로 위치된 상하부 분자들 사이에서 에너지가 최소로 되도록 나선형으로 배열된다. 이때, STN형 장치의 경우에는, 필요에 따라 카이랄(chiral)물질을 액정재료에 혼합한다.

상기 TN형 및 STN형의 액정전기광학장치에서, 나선형으로 배열된 액정분자는 양 가판 사이에 전압을 인가함으로써 액정분자의 유전이방성에 의해 전계방향으로 평행 또는 수직으로 재배치된다. 상기 장치들은 액정분자가 기판의 표면에 수직인 경우에는 밝은 상태로 나타내고, 액정분자가 기판의 표면에 평행인 경우에는 어두운 상태를 나타낸다. 또한, 액정분자의 상태가 기판들 사이에 인가된 전압을 변화시킴으로써 연속적으로 변화하기 때문에, 인가전압을 적당히 제어함으로써 계조를 표시하는 것이 가능하다.

강유전성 액정 또는 반강유전성 액정을 사용한 액정전기광학장치에서, 액정분자는 적어도 하나의 기판 표면에서 러빙공정의 규제력에 따라 배열된다. 이들 액정분자는 하나의 기판표면에서 다른 기판표면까지 규칙적으로 적충된 층구조로 배열된다.

강유전성 액정 또는 반강유전선 액정을 갖는 상기한 액정전기광학장치에서, 기판에 평행한 층구조로 배열된 액정분자 자신이 가지는 자발분극의 방향은 두기판 사이에 전압을 인가함으로써 180°변화(이하"반전"이라 칭함)된다. 장치는, 이 액정분자의 반전에 의해 러빙방향으로 배열된 액정분자의 방향을 러빙방향으로부터 어떤 각도만큼 변화시켜 밝은 상태에서 어두운 상태 또는 어두운 상태에서 밝은 상태로의 스위칭을 행한다.

또한, 이들 액정전기광학장치중 소위 액티브 매트릭스형 액정전기광학장치에서는, 액정재료를 협지하는 기판들중 하나의 전극을 다수의 화소전극으로 분할하고, 각 화소에 다이오드나 박막트랜지스터(TFT)와 같은 스위칭소자를 접속하여, 고속, 고정채(高精彩), 다계조(多階調) 등의 고품질의 표시가 행해진다.

상기 액정전기광학장치의 일반적인 셀구조를, 단순 매트릭스형 장치를 나타내는 제1도를 참조하여 설명한다. 유리 또는 수지로 각각 만들어진 투광성 기관(1100, 1101)상에 전극 패턴(1102, 1103)을 형성한다. 전극상에는 액정을 일정한 방향으로 배열시키기 위한 배향수단(1104, 1105)이 형성된다. 기판상에 산포된 스페이서(1107)에 의해 최소 전극간 거리가 유지되고, 시일재(材)에 의해 두 기판을 고정시킨다. 기판들 사이에 액정재료(1106)이 주입되어 액정층을 형성한다.

통상, 러빙공정을 받은 폴리이미드막이 배향수단으로서 사용된 경우, 액정분자는 기판 표면에 평행하게 또는 일정한 각으로 한 방향으로 배열된 수평배향으로 유지된다. 또한, 실란 결합체가 사용된 경우에는, 액정분자는 기판 표면에 수직인 수직배향을 갖는다. 액정분자를 수평배향하는가 또는 수직배향으로 하는가는 목적하는 동작모드에 좌우된다.

이 상태에서, 액정에는 전극(1102, 1103)으로부터 전압이 인가된다. 액정분자에 발생된 전계에 응답하여 밝은 상태 또는 어두운 상태가 나타내어진다. 셀의 전체면에 걸쳐 균일한 표시를 행하기 위하여, 기판간 거리를 일정하게 유지하여, 두기판을 일정한 간격으로 배치하는 것이 필요하다. 일반적으로, 기판간 거리는 동작 모드에 따라 변할 수 있으나, 1.2∼20㎛범위이고, 그의 오차 허용치는 0.05㎛이하인 것이 요구된다.

최근에, 그러한 액정전기광학장치에 대하여 대면적의 화면이 강하게 요구되고 있고, 대각선 크기가 40 인지까지의 거대한 액정표시를 실현시키기 위하여 지대한 노력이 이루어졌다.

이 경우에, 화면은 크기가 크게 되지만, 요구되는 기판간 거리는 전술한 바와 같이 1.2∼20㎛로 매우 작고, 그의 정밀도도 0.05㎛이하가 요구된다.

대각선 크기가 40인지인 경우, 각각 120㎠의 크기와 1.1㎜ 두께를 갖는 한쌍의 대향하는 유리가판의 무게는 8㎏을 넘는다. 6㎛의 기판간 거리를 갖는 기판들 사이에 배치되는 액정의 무게는 60g이다. 이러한 크기를 얻기 위해서는, 단단한 유리기판이 사용되어도, 큰 면적 때문에, 유리기판은 세워졌을 때 종이조각과 같이 뒤틀린다.

2개의 큰 기판을 접합하여 만들어진 액정 셀이 수직상태로 유지되는 경우, 셀은 하부부분이 팽창한 배럴형태를 취한다. 그 결과, 셀의 하부부분의 기판간 거리는 셀의 상부부분의 기판간 거리보다 수 배 내지 수 십배, 간혹 수 백배이어서, 일정한 전계가 액정에 생기지 않는다. 이 경우, 균일한 표시를 얻는 것이 불가능하다.

또한, 강유전성 액정의 경우, 액정의 배향이 층구조를 취하기 때문에, 기판의 변형에 의해 층구조가 붕괴되어 표시의 실패와 같은 치명적인 손상이 야기된다. 이현상은 5㎠의 표시면적을 갖는작은 셀에서도 쉽게 발생된다. 이것은 강유전성 액정표시장치가 겪는 심각한 문제들중 하나이다.

종래의 액정전기광학장치의 구조가 제1도에 도시되었다. 두 개의 기판을 일정한 간격으로 고정하기 위한 부분은 유리기판의 주변부에 제공된 시일재의 곳뿐이고, 내부분이 스페이서에 의해서만 지지되어 있다. 따라서, 시일부분으로부터의 거리에 따라 큰 뒤틀림이 발생된다는 것은 당연하다.

그의 대응책의 하나로서, 두 기판을 결합하기 위해 외부 가장자리의 시일재 접착제외에 셀 내부에 접착제입자를 배치하는 것이 통상적이었다. 그러나, 그 접착제주위에서 배향이 흐트러질 수 있다.

종래 기술에 고유적인 문제를 더 설명하면, 두 기판에 인가되는 전압의 크기가 기판들 사이의 액정분자의 상태를 결정하는 주 요소중의 하나이지만, 액정 또는 배향막으로부터 얻어진 전하를 갖는 불순물이 종래의 장치에 존재하거나, 또는 인가 전압의 역방향으로 인가되는 전압을 발생시키기 위한 여분의 전하가 발생된다는 것은 잘 알려져 있다.

이들 전하는 두 기판 사이에 배치된 액정층내에서 전압의 인가에 따라 자유럽게 이동한다. 전하의 대부분은 배향막 표면에 도달하지만, 배향막이 고유적으로 절연성이기 때문에 그 표면을 넘어서까지 이동하지는 않는다. 그 결과, 전하들이 배향막과 액정층 사이(즉, 배향막-액정의 계면)에 축적된다.

전하의 축적은 액정전기광학장치에 바람직하지 않은 문제를 일으킨다. 예를 들어, 두 기판 사이에 인가된 전압을 소멸시키는 효과가 일어난다. 액정분자가 충분히 반전된 때, 자발분극을 반전시키는데 필요한 전압보다 높은 전압을 인가하는 것이 필요하다. 또한, 기판들 사이에 전압이 인가된 때, 액정층내의 전화량이 경시 변회되어, 액정분자의 상태가 불안정하게 된다. 또한, 배향막-액정의 계면에 축적된 전하에 의해 전기적으로 흡수된 액정분자는, 흡수되지 않은 액정층내의 전하보다 높은 전압(상태를 바꿀 필요가 있는)을 가진다. 따라서, 액정분자들이 동시에 상태를 바꾸지 않는다. 그 결과, 액정전기광학장치의 특성에 대한 가장 중요한 문제, 즉, 투광성의 불안정성이 발생한다.

이 문제를 해결하기 위해, 전하의 축적을 억제하는 배향막재료를 선택하거나, 절연막인 배향막 대신에 전극상에 SiO₂를 사방증착하여 액정분자를 배향시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 그러한 방법은 많은 예비실험을 요하여 장시간이 걸려 비용이 증가하고, 재료의 조합에 따라 효과도 변한다. 따라서, 그러한 방법이 일반적이거나 실용적이라고 말하기는 어렵다. 또한, 불순물을 제거하기 위해 액정을 정제하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에 따른 정제를 통해 이용가능한 액정의 양은 적다. 따라서, 이 방법은 양산성에는 부적당하다.

또한, 액정내에 존재하는 전하를 전하이동 캐리어를 사용하여 흡착하거나 결합시켜 정 및/또는 부의 전하를 플러스/마이너스 재로의 상태하는(이후, "소멸시킨다" 또는 "중화한다"라 칭함)방법이 제안되었다. 그러나, 전하를 완전히 수면시킬수 잇는 적당량의 전하이동 캐리어를 측정하여 장치에 도입시키는 것이 어렵다. 액정층내 전하이동 캐리어의 양이 불충분하면, 소망하지 않는 전하를 소멸 시키는 것이 불가능하고, 지나친 양의 전하이동 캐리어는 상기한 전하와 같이 액정층내에서 이동한다. 그 결과, 이 방법에는 문제가 있다.

상기한 바와 같이, 액정층에 인가되는 전압의 변화를 일으키는 요인, 즉, 시간경과에 따라 액정분자의 상태변화를 일으켜 장치의 광학특성을 불안정하게 하는 요인인 액정층내에 존재하는 전하를 소멸시키기 위한 다양한 방법이 제안되었다. 그럼에도 불구하고, 쉽게 전하를 완전히 소멸시키는 방법은 존재하지 않는다.

따라서, 상기한 다양한 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은, 액정재료의 배향상태의 흐트러짐없이 기판이 서로 결합된 액정전기광학장치 및 그의 제작방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 액정층내의 소망하지 않는 전하에 의해 야기되는 악영향을 배제하여, 플리커 또는 색조변화없이 장치의 광학특성을 안정화시킨 고성능의 액정전기광학장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 표면에 설치된 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 있는 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치되고 액정재료를 포함하는 전기광학 조절층과, 상기 한쌍의 기판중 적어도 하나의 내측표면에서 일정한 방향으로 상기 액정재료를 배향시키기 위해 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 배향수단, 및 상기 배향수단 또는 상기 기판 또는 그들 모두에 접착결합되고, 상기 액정재료내에 혼합된 미경화 수지를 석출경화시킴으로써 형성되는 중합된 기둥 형상 스페이서를 포함하는 액정전기광학장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 표면에 설치된 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 잇는 한쌍의 투광성 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치되고 액정재료를 포함하는 전기광학 조절층과, 상기 한쌍의 기판중 적어도 하나의 내측표면에서 일정한 방행으로 상기 액정재료를 배향시키기 위해 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 배향수단을 포함하고, 상기 액정재료가 수지재료와 반응개시제를 함유하는 액정전기 광학장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 표면에 설치된 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 있는 한쌍의 투광성 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치되고 액정재료를 포함하는 전기광학 조절층과, 상기 한쌍의 기판중 적어도 하나의 내측표면에서 일정한 방향으로 상기 액정재료를 배향시키기 위해 상기 한상의 기판 사이에 배치된 배향수단을 포함하고, 상기 액정재료가 반응개시제를 함유하는 액정 전기광학장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 표면에 설치된 전극을 각각 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 있는 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치되고 액정재료를 포함하는 전기광학 조절층을 포함하고, 상기 액정재료에 반응개시제가 존재하는 액정전기광학장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 내측표면에 전극을 가지고 있고 내측표면들중 적어도 하나에 배향막을 가지는 한쌍의 대향하는 기판 사이에 액정재료, 수지구성재료 및 반응개시제의 액정혼합물을 채우는 단계와, 상기 액정혼합물내 액정재료와 수지구성 재료를 분리하는 단계, 및 상기 반응개시제를 분열(개열)시키는 단계를 포함하는 액정전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 내측표면에 전극을 가지는 한쌍의 대향하는 기판 사이에 액정재료와 반응개시제의 액정혼합물을 채우는 단계와, 상기 반응개시제를 분열(개열)시키는 단계를 포함하는 액정전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 서로 대향하는 한쌍의 투광성 기판들 사이에 배치된 미경화 수지와 액정재료의 혼합물로부터 미경화 수지를 석출시키는 단계와, 상기 액정재료를 배향시키는 단계와, 상기 미경화 수지를 경화시키는 단계, 및 상기 액정재료를 다시 배향시키는 단계를 포함하는 액정전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 액정재료와 미경화 수지의 혼합물내의 액정재료가 등방상을 나타내도록, 서로 대향하는 한쌍의 투광성 기판들 사이에 배치된 상기 혼합물을 가열하는 단계와, 상기 혼합물을 서냉하는 단계와, 상기 미경화 수지를 정화시키는 단계와, 상기 액정재료가 등방상을 나타내도록 상기 혼합물을 가열하는 단계, 및 상기 액정재료를 다시 서냉하는 단계를 포함하는 액정전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 내측표면에 전극을 갖는 한쌍의 대향하는 기판 사이에 자외선 또는 열에 대해 경화되는 미경화 수지와 액정재료의 혼합물을 채우는 단계와, 상기 혼합물로부터 상기 수지를 석출시키는 단계, 및 석출된 수지를 자외선과 열에 의해 경화시키는 단계를 포함하는 전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 다라, 적어도 하나가 투광성을 갖는 한쌍의 대향하는 기판을 접합하기 위한 시일재와, 액정재료와 미경화 수지의 혼합물을 상기 기판들 사이에 배치하는 단계와, 상기 혼합물로부터 기둥형상의 미경화 수지를 석출시키는 단계, 및 구후 단일 단계로 상기 시일재와 상기 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 제1기판의 주변에 시일재를 형성하는 단계와, 상기 제1기판상에 액정재료와 미경화 수지의 혼합물을 적하하는 단계와, 상기 혼합물이 적화된 표면에 제2기판을 접합(배치)시키는 단계와, 상기 혼합물로부터 미경화 수지를 석출시키는 단계, 및 상기 시일재와 상기 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 액정전기광학장치 제작방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 적어도 하나가 투광성을 갖는 한쌍의 대향하는 기판 사이에 액정재료와 미경화 수지의 혼합물 및 상기 기판들을 결합시키기 위한 시일재를 배치하는 단계와 상기 혼합물로부터 기둥형항의 미경화 수지를 석출시키는 단계, 및 그 석출단계후 단일 단계로 상기 시일재와 상기 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 전기광학장치 제작방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 수지성분(모노머 또는 올리고머)과 반응개시제로 된 미경화 수지재료가 액정재료에 첨가된 액정혼합물이 액정전기광학장치의 기판 사이에 협지되고, 수지가 기판 사이에서 경화되어, 기판간 거리가 액정의 배향의 흐트러짐없이 고정되고, 액정층내의 소망하지 않는 전하가 제거된다. 또한, 상기 소망하지 않는 전하는 반응개시케의 작용에 의해서도 제거된다.

본 발명에 따른 액정전기광학장치의 기본적인 구조를 제4도를 참조하여 설명한다. 액정을 배향시키기 위한 수단으로서 배향막(104, 105)이, 전극 및 리드(lead)(100, 101)와 편광판(112, 113)을 가진 투광성 기판(102, 103)중 적어도 하나에 형성된다. 또한, 예를 들어 실리카 비드(bead)(106)가 기판간 거리를 일정하게 유지하기 위한 스페이서로서 사용되고, 두 기판은 시일재(107)에 의해 고정된다. 이 장치는, 상부 및 하부 기판을 접합히기 위한 기둥형상의 수지(108)가 기판들 사이에 위치하고 수지덩어리(109), 액정(110) 및/또는 수지와 액정내의 반응개시제(111)가 기판들 사이에 확산되어 협지되도록 구성된다.

본 발명에 따른 액정전기광학장치에서는, 제작시 첨가되어 있는 반응개시제는 액정혼합물내로 균일하게 확산된다. 수지구성재료가 실온에서 액정재료로부터 배척되도록 액정혼합물로부터 석출되어 분리되어도, 상기 반응개시제는 액정혼합물내에 유지되어 보유한다. 반응개시제가 수지재료를 경화하기 위해 분열(개열)되어도 그 반응 개시제는 잔존하는 액정재료내에 존재한다. 또한, 수지재료는 상부 및 하부 기판 및 배향막 표면을 결합시키기 위한 기둥형상으로 경화되거나, 덩어리(고형 수지재료)로서 액정층내에 존재한다.

본 발명에 따른 기둥형상의 수지는 기둥형상의 수지 스페이서를 의미하고, 중합된 기둥 스페이서(PCS)로 불린다.

액정전기광학장치를 제작하기 위해, 액정재료, 수지구성재료 및 반응개시제가 함께 혼합되고, 액정과 수지가 잘 혼합되도록 액정이 등방상을 나타내기 까지 가열된다. 교반하여 생성된 액정혼합물은 장치의 기판 사이에서 협지된다. 장치의 온도가 액정혼합물이 등방상을 나타내기 까지 서냉된 때, 수지구성재료는 액정혼합물로부터 배척되고, 장치내에 불리되어 존재한다. 또한, 반응개시제가 액정재료내에 확산되지만, 장치의 온도가 감소되어도, 환산된 반응개시제는 액정재료로부터 배척되지 않는다. 이런 이유로, 액정장치내의 반응개시제는 수지구성재료부분과 액정재료부분 모두에 존재한다.소망한지 않는 전하가 기둥형상의 수지를 형성하지 않고 간단히 제거되면, 수지구성재료를 사용하지 않고 액정재료내에 반응개시제만을 혼합하는 것으로 충분하다.

액정재료가 등방상을 나타내는 온도까지 액정혼합물을 가열하고 교반하는 것이 바람직하다. 액정재료가 액정상을 나타내는 온도까지 서냉된 때, 수지구성재료는 액정재료로부터 분리되어 배제된다.

장치내의 반응개시제가 분열(개열)된 때, 전하가 발생하고, 그 전하의 일부가 수지의 경화에 기여하고, 그 전하의 다른 일부는 장치내 여분의 전하를 직접 소멸시키도록 작용한다.

액정전기광학장치의 표면부를 경화된 수지가 차지하는 면적의 비율이 0.1∼20%이면, 액정전기광학장치의 만족스런 표시특성과 그 장치 자체의 기계적 강도를 얻는 것이 가능하다.

또한, 액정혼합물의 제고시, 시판되는 수지재료(즉, 미경화 수지)가 수지구성 재료에 반응개시제를 첨가하여 제조되기 때문에, 액정재료에 수지재료를 혼합하여 액정혼합물을 제조하거나, 또는 수지재료에 첨가되는 반응개시제의 양을 바꾸고, 수지구성재료와 반응개시제를 분리하여 그 재료를 별도로 혼합하는 것이 가능하다.

상기 반응개시제는 미리 액정재료에 첨가되거나, 배향수단으로서 배향막재료에 혼합되거나, 배향막 표면상에 도포될 수 있다. 즉, 반응개시네(111)는 배향막(104, 105)에 혼합되거나 그의 표면상에 도포될 수 있다.

반응개시제로서 자외선 여기 분열(개열)형 반응개시제를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이 경우에, 반응개시제가 자외선의 조사에 의해 분열(개열)된 후 편광판(112, 113)이 기판(102, 103)상에 제공된다.

또한, 반응개시제의 첨가량은 기판의 청정도 또는 액정재료의 정제도에 따라 임의로 변경될 수 있다. 표준으로서, 그 첨거량은 액정재료에 대하여 0.001∼10%, 바람직하게는 1∼3%로 설정하는 것이 상기 문제점을 해결하는데 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 액정은 예를 들어, 트위스티드 네마틱 액정, 수퍼 트위스티드 네마틱 액정, 강유전성 액정, 또는 반강유전성 액정이다.

"기둥형상 수지의 형성"

본 발명에 따라, 수지구성재료는 기판들 사이의 액정재료와 미경화 수지(수지구성재료(즉, 모노머 또는 올리고머)와 반응개시제)의 혼합물로부터 분리되어 석출되고, 액정재료가 배향되며, 그후 반응개시제가 분열(개열)되어 수지를 기둥형상으로 경화시켜, 고정된 기판 간격으로 기판들을 함께 접착시킨다.

기판 사이에 배치된 액정재료와 비교화 수지의 혼합물내에 함유된 액정재료가 등방상을 나타내도록 그 혼합물의 온도를 높인 상태에서는, 미경화 수지와 액정을 서로 구별하기가 불가능하고, 그 혼합물은 균일하다. 그러나, 온도가 실온까지 내려갔을 때, 미경화 수지는 액정재료로부터 배척되어, 기판　사이에 석출되어 확산된다. 이 단계에서, 수지 경화수단을 혼합물에 적용합으로써 두 기판을 부착하도록 기둥형상으로 확산된 수지를 경화시키는 것이 가능하다.

액정재료의 배향을 향상시키기 위해, 액정재료가 등방상을 나타내도록 액정재료와 미경화 수지의 혼합물이 가열된 후 액정재료가 액정상을 나타내는 온도까지 혼합물을 서냉시키는 것이 바람직하다. 특시, 질서성이 높은 스메틱상을 나타내는 액정재료가 사용되는 경우, 서냉은 배향을 높이는데 유효하다. 또한, 이 단계에 의해 혼합물로부터 미경화 수지를 동시에 분리하고 설출시키는 것이 가능하다. 그후, 상기 수지는 경화단계에서 경화된다.

그리하여, 본 발명에 따라, 액정재료가 배향수단에 따라 배열된 후에 수지가 경화되기 때문에, 경화전에 양호한 액정 배향상태를 유지하는 것이 가능하고, 경화된 수지가 배향에 악영향을 미칠 가능성은 매우 희박하다. 수지가 양호한 배향상태하에서 경회되기 때문에, 수지의 경화후에 배향의 손상을 피하는 것은 매우 당연하다.

액정재료와 미경화 수지재료의 혼합물에 대한 수지의 혼입률이 0.1∼20%인 경우에 나타나는 액정재료의 배향은, 액정재료만이 배치된 정규 셀에 의해 나타내어지는 거소가 거의 같다. 수지의 혼합물에 대한 악영향이 낮은 수준으로 감소될 수 있다.

혼합물이 경화된 때, 장치의 기판 표면으로부터 보았을 때 표면 부분의 전체 면적에 대한 기둥형상의 경화된 수지 면적의 비율은 혼합물에 혼입된 비경화 수지의 비율과 거의 동일하고 약 0.1∼20%이다. 즉, 혼합물에 혼입된 거의 모든 미경화 수지가 경화된다. 나머지 비율, 즉, 액정재료의 비율은 80∼99.9%이다. 혼합물내 수지의 양은 두 개의 기판을 접합시키는데 필요한 힘에 따라 조정될 수 있다. 당연히, 표면부분에서 경화된 수지의 부분이 많을수록, 액정 셀 지체의 기계적 강도가 커진다. 즉, 기판가 거리를 일정하게 유지하는 힘이 커진다. 그러나, 광이 투과하는 면적은 감소된고, 그 결과, 콘트라스트비와 같은 전기광학특성이 저하한다. 기계적 강도와 전기광학특성 모두를 만족시키는 수치한계로서는 상기의 범위가 바람직하다.

그러나 방법에서 사용되는 수지로서는, 고온상태에서 액정재료와의 혼합상태를 나타내고 저온상태에서는 액정재료로부터 분리되어 석출하는 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 미경화 수지가 용매를 함유하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 수지가 두 기판 사이에 삽입된 상태하에서 경화되어야 하기 때문이다. 또한, 액정재료와 수지 사이의 분리 또는 액정재료의 배향의 형성은 온도에 크게 의존적이기 때문에 온도 이외의 다른 요소에 의존적인 수지를 경화시키는 것이 바람직하다. 이런 관점에서, 예를 들면 미경화 수지로서 자외선 경화형수지를 사용하고 수지 경화수단으로서 자외선을 이용하여 본 발명을 실시하는 것이 매우 직당하다.

"소망하지 않는 전하의 소멸(cancellation)"

또한, 본 발명자들은, 액정층내에 존재하여 액정분자 상태를 불안정하게 하는 소망하지 않는 전하가 액정층내의 수지를 경화시키므로써 또는 자외선 여기 분열형 재료를 표함하는 반응개시제를 분열(개열)시킴으로써 소멸될 수 있다는 것을 알았다. 그러한 방법을 통해, 전하 이동이나 배향막/액정의 계면에서의 전하의 축적과 같은 종래의 문제가 해결될 수 있다. 따라서, 액정층을 협지하는 두 기판(즉, 전극)사이에 인가되는 전압이 시간경과에 따라 변화되지 않고, 소망하지 않는 상태변화가 액정분자에서 일어나지 않는다. 따라서, 전기광학특성과 액정분자의 상태변화를 쉽게 제어하는 것이 가능하다. 또한, 액정분자가 기판에 흡착되지않기 때문에, 전체 액정층이 전압인가시 동시에 상태변화를 취한다. 따라서, 안정한 전기광학특성을 얻는 것이 가능하다.

액정층내의 소망하지 않는 전하를 소멸시키는 기구는 다음과 같다. 즉, 첫째로, 소망하지 않는 전하는 수지재료가 경화될 때 수지에 포획되어 소멸된다. 둘째로, 소망하지 않는 전하는 액정재료내에 확산된 반응개시제에 흡착 또는 결합되어 소멸된다.

첫 번째 방법에서, 자외선 경화 수지가 경화될 때 야기되는 반응이 이용된다. 즉, 자외선 경화 수지의 경화란, 그의 수지구성재료의 모노머 및 올리고머의 중합반응이 열이나 특시 가시광보다 짧은 파장을 갖는 자외선과 같은 단파장 광을 에너지로서 반은 반응개시제의 여기 및 분열(개열)에 의해 발생된 전하를 출반인자로 하여 진행되는 것을 의미한다. 이 중합반응 진행중에, 모노머 및 올리고머의 측쇄부분의 반응성도 증가된다(이것을 활성상태라고 부른다). 수지내 전하의 포획(트랩)이란, 측쇄부분 및 장치내에 존재하는 소망하지 않는 전하를 반응시킨다는 것을 의미한다. 또한, 경화된 수지가 정규의 공정에 의해 쉽게 분해되지 않기 때문에, 포획된 전하가 액정층내에서 다시 이동할 염려는 없다.

상기한 두 번째 방법에 따라, 서냉후 액정재료에서 확산된 반응개시제가 수지경화중에 자외선의 적극적 조사에 의해 소망하지 않는 전하를 소멸시키기에 충분한 양의 전하를 발생시킨다. 두 번째 방법을 통해 소망하지 않는 전하를 소멸시키는데 필요한 것보다 많이 발생된 여분의 전하는 그 자신에 재결합되어 안정상태로 된다. 따라서, 반응개시제만이 수지구성재료를 이용함이 없이 액정재료에 혼합되어도, 액정전기광학장치내에 존재하는 소망하지 않는 전하 자체를 소멸시키는 것이 가능하다.

첫 번째 및 두 번째 방법에 따른 전하의 발생률은, 하나 이상의 전하, 일반적으로 둘 이상의 전하가 반응개시제로부터 발생되고, 하나 이상의 전하가 하나의 올리고머 분자로부터 발생되도록 된다.

가끔, 반응개시제는 자연적으로 분열(개열)되지만, 열이나 특히 가시광의 파장보다 짧은 파장을 가지는 자외선과 같은 단파장 광을 에너지로서 인가함으로써 반응개시제를 여기하고 분열(개열)시켜 전하를 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 발생된 전하는 높은 반응성을 가지며, 다른 존재하는 전하와 쉽게 반응한다. 전하가 없으면, 분열(개열)된 전하가 그 자신과 반응하여 안정상태를 유지하게 된다.

소방하지 않는 전하가 소멸되는지 여부를 직접 시각적으로 인지하는 것은 불가능하다. 그러나, 일반적으로, 전압이 일정 시간동안 장치에 인가될 때의 전류값의 경시변화에 의해 또는 인가된 전압이 연속적으로 변화할 때의 전류값 변화에 의해 그 사실을 인지하는 것은 가능하다.

제5도는, 제4 도에 도시된 본 발명에 따른 액정전기 광학 장치의 전극들 사이에±30V, 5Hz의 삼각파를 인가하여 전류값 대 전압변화를 측정한 결과를 나타낸다. 제5 도에서 명백한 바와 같이, 전류의 정(正) 및 부(負)의 방향으로의 자발분극의 반전에 따라 발생되는 전류 피크(이후 Ps 피크라 칭함)만이 본 발명에 따른 액정전기광학장치에서 확인되었다. 대조적으로, 종래의 액정전기광학장치에서는 액정층내에 소망하지 않는 전하가 존재하기 때문에, 제5 도에 나타내어진 Ps 피크 외에 다른 피크(이후, 제2피크라 칭함)가 제7 도에 나타내어진 바와 같이 발생되었다. 제2피크는 소망하지 않는 전하에 의해 야기된 여분의 전류를 나타낸다. 제2피크가 클수록 액정분자의 불안정한 상태는 더욱 현저하게 된다. 본 발명에 따른 액정전기광학장치에서는, 제2피크가 거의 발생되지 않고 액정분자의 상태가 매우 안정하다.

액정전기광학장치에서, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 기판재료로서 이용되고, 액정분자의 1축성과 그 1축성에 의해 야기되는 편광을 이용하기 위해 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리카보네이트를 주재료로 하는 편광판 또는 위상차판이 사용된다. 때로는, 자외선 흡수제가 편광판 또는 위상차판에 혼입될 수 있고, 자외선 흡수필터가 장치에 부가된다. 유리, 편광판, 위상차판, 자외선 흡수제또는 자외선 흡수 필터가 가시광의 것보다 파장 범위의 광을 적극적으로 흡수하기 때문에, 가시광 파장 이하의 파장을 갖는 광이 장치의 정상동작에서 액정재료 및 수지에 도달할 염려는 거의 없다. 그리하여, 반응개시제가 장치의 제작완료후에 우연히 분열(개열)될 염려는 전혀 없다.

따라서, 액정에 첨가된 반응개시제는 자연적으로 분열(개열)되고, 장치내에 나타나는 액정분자의 소망하지 않는 상태변화를 야기하는 전하가 소멸된 후에 분열(개열)없는 안정한 상태를 나타낸다.

또한, 그러한 장치내에 나타나는 액정분자의 소망하지 않는 상태변화를 야기하는 전하가 반응개시제의 자연 분열(개열)에 의해 발생된 전하에 의해 소멸될 수 없는 경우, 예를 들면 자외선 조사와 같은 에너지가 거기에 적극적으로 인가되어, 상기한 소망하지 않는 전하를 소멸시키는데 필요한 전하가 반응개시제로부터 제공될 수 있게 된다. 소망하지 않는 전하를 소멸시키는데 필요한 것보다 많은 반응개시제에 의해 발생된 여분의 전하는 그 자체에 재결합되어, 안정상태를 제공한다.

또한, 반응개시제가 액정재료에 적용되면, 액정재료가 손상될 염려가 있다. 그러나, 이 현상은 본 발명에서는 결코 일어나지 않는다.

본 발명에서, 액정의 다양한 동작모드가 이용될 수 있다. 예를 들면, 정(正)의 유전이방성을 갖는 네마틱 액정, 더 구체적으로는, 기판 사이의 액정분자의 배향 방향이 90°로 꼬여진 TN(트위스티드 네마틱)형 액정, 배향방향이 180∼270°로 꼬여진 STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형 액정, 기판표면과 액정분자가 이루는 각도(프리틸드(pre-tilt)각)가 3∼10°인 STN형 액정, 부의 유전이방성을 갖는 네마틱 액정 스멕틱 액정 등을 이용하는 것이 가능하다.

"수지 경화후 재방향"

한편, 수지는 경화시 체적수축을 겪는다. 때로는, 수지와 액정의 분리후에 어떤 제한없이 미경화 수지 주변에 배치된 액정분자는 수지의 경화시 체적수축에 따른 배향 흐트러짐을 받게 되어, 전기광학특성, 특히 어두운 상태에 따른 콘트라스트의 저하를 야기하게 된다.

전압 보유율은, 이들 전기광학특성이 시간경과에 따라 안정되는지 여부를 나타내는 지표의 하나이다. "전압 보유율"이란, 단시간동안 하나의 화소에 인가된 전압이 전압 인가의 제거후에 얼마나 오랫동안 유지되는지를 나타내는 값을 의미한다. 즉, 액정분자의 배향이 어떻게 유지되는지를 의미한다. 따라서, 전압 보유율을 높이기 위해, 액정분자가 더욱 안정하고 배향이 균일한 것이 바람직하다.

이런 이유로, 경화후 기둥형상 수지의 체적수축에 따라 수지의 주변을 포함하는 액정재료의 흐트러짐을 방지하여, 배향, 전압 보유율 및 전기광학특성을 높이는 것이 요구된다.

이 요건을 충족시키기 위해, 한쌍의 대향하는 투광성 기판들 사이의 미경화 수지와 액정재료의 혼합물을, 그 혼합물로부터 미경화 수지를 석출시키는 단계, 액정 재료를 배향시키는 단계, 미경화 수지를 경화시키는 단계, 및 액정재료를 재배향시키는 단계를 통해 제조하는 것이 바람직하다.

즉, 미경화 수지재료의 석출 및 액정의 배향이 서냉단계에 의해 셀 내부의 액정재료와 미경화 수지의 혼합물에 대하여 행해지고, 그 후에, 미경화 수지가 경화된다. 이 경우, 수지의 체적수축이 크면, 수지 주변의 액정이 배향의 흐트러짐이 일어날 염려가 있다. 그후, 예를 들어 액정재료를 가열하고 서냉시켜 액정재료를 재배향시키는 단계를 행하여, 수지 주변의 배향의 흐트러짐을 방지하여 전압 보유율 및 전기광학특성을 향상시킨다.

"시일재와 기둥형상 수지의 동시경화"

기둥형상 수지를 갖는 액정전기광학장치를 제작할 때의 셀내에의 수지와 액정의 혼합물(액정혼합물)의 주입은, 진공법 또는 가열 모세관 현상법에 의해 기판들을 함께 접합하여 만들어진 빈 셀내에 수행된다. 이 경우 공간을 배기시키기 위해, 시간, 대규모 장치 등이 필요하다. 또한, 기둥형상 수지를 석출시키고 경화시키는 단계가 필요하기 때문에, 단계의 수가 종래의 액정전기광학장치에 비하여 많다.

제작 단계를 단순화하고 제작시간을 단축시키기 위해, 기판의 주변 시일재의 경화단계와 혼합물로부터 기둥형상으로 석출된 미경화 수지의 경화단계를 단일의 단계로 수행하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 제1기판의 주변부분 둘레에 시일재를 형성하는 단계, 제1기판상에 수지와 액정재료의 혼합물을 적하하는 단계, 그 혼합물이 적하된 표면상에 제2기판을 접합하는 단계, 상기 혼합물로부터 미경화 수지를 석출시키는 단계, 및 시일재와 미경화 수지를 경회시키는 단계를 통해 액정전기광학장치를 제작하는 것이 바람직하다.

이 경우, 시일재와 미경화 수지로서 자외선 경화형 수지를 사용하고, 시일재와 미경화 수지를 경화시키기 위한 경화수단으로서 자외선을 이용하는 것이 효과적이다.

그러한 구조로 기둥형상 수지를 이용하는 액정전기광학장치를 제작하는 공정은, 액정을 적하하는 단계, 기판들을 접합하는 단계, 기둥형상 수지를 석출시키는 단계, 및 자외선을 조사하는(즉, 시일재와 기둥형상 수지를 경화시키는) 단계를 포함한다. 이 경우, 액정주입 단계는 필요없고, 자외선 조사 단계는 한번만 수행될 수 있다.

즉, 기판들이 함께 접합될 때, 액정혼합물이 기판들 중 하나에 적하되고, 두기판에 의해 협지되어, 액정혼합물이 셀안에 채워진다. 다음에, 수지가 액정재료로부터 기둥형상으로 석출된다. 수지가 기둥형상으로 석출된 후, 자외선이 시일재를 포함한 셀의 전체면에 조사되어, 시일부분과 기둥형상 수지가 단일 단계로 경화될 수 있다. 또한, 리갭(re-gap) 단계는 필요없을 수 있다. 따라서, 제작 단계를 단순화하고 제작시간을 단축시키는 것이 가능하다.

"자외선과 열에 의한 경화"

또한, 일반적으로, 액티브 매트릭스형 액정전기광학장치에서는, TFT(박막트랜지스터)소자 또는 MIM소자가 기판상에 제공되는 경우, 그들 소자와 대향하는 측의 기판에는, 동작의 안정화를 위해 그들 소자에 대한 광 조사를 방지하기 위한 차광막이 설치된다. 따라서, 기둥형상 수지를 형성하기 위해 통상의 자외선 경화형 수지가 이용되는 경우, 대향하는 기판측으로부터 조사된 자외선이 소자부분에 존재하는 미경화 수지에 도달할 수 없어, 미경화 수지는 미경화 상태로 남는다. 그 결과, 충분한 기판 강도를 얻는 것이 불가능하다.

또한, 때로는, 미경화로 남아 있는 수지는 온도가 상승할 때 액정재료내로 용해되어 불순물로서 작용한다. 그 결과, 장치의 동작이 악역향을 받는다. 예를 들어, 표시가 불안정하게 된다.

그러한 차광막에서 자외선이 차단되는 영역을 갖는 부분의 미경화 수지를 경화시키고, 장치의 기계적 강도와 동작특성의 저하를 방지하기 위해, 자외선 조사에 추가하여 가열을 이용하여 미경화 수지를 경화시키는 것이 가능하다. 이 경우, 자외선과 열 어느 것에 의해서도 경화되는 수지로서 아크릴 변성 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 기둥현상 수지가 되는 수지재료중 자외선이 차단되는 부분이 주로 가열에 의해 경화되고, 다른 부분은 자외선과 열중 어느 하나에 의해 경화되는 아크릴 변성 에폭시수지를 사용함으로써 자외선에 의해 된다.

그리하여, 자외선 조사가 실행되는 부분에서 기둥형상으로 석출된 수지가 자외선 조사에 의해 완전히 경화된다. 수지재료의 다른 부분은 차광되어, 자외선이 에너지원으로서 이용될 수 없다. 그러나, 이 부분에서 열에 의해 수지를 경화시키는 것이 가능하다. 따라서, 차광막이 제공되어도, 장치의 기계적 강도와 동작특성의 저하를 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라, 수지를 기판 사이에 확산시키고 수지에 의해 두 기판을 결합시키는 것이 가능하다. 그 결과, 대면적을 갖는 액체 셀에서도 기판간 거리를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따라, 종래의 액정전기광학장체에서 문제가 되었던, 장치내부의 전하에 의한 액정분자의 여분의 상태변화가, 장치내에 존재하는 전하 자체를 반응개시제로부터의 전하에 의해 적극적으로 소멸시킴으로써 해결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 종래의 장치에서 전하이동 캐리어를 이용함으로써 야기되는 과잉 소멸분에 상응하는 전하가 발생되지 않기 때문에, 장기간에 걸쳐 장치의 광학 안정성을 얻는 것이 가능하다.

[실시예 1]

실시예 1∼8은 액정 셀내에 점착성의 기둥형상 스페이서를 형성한 예를 나타낸다.

강유전성 액정을 이용한 액정전기광학장치에 본 발명을 적용한 예를 제2도를 참조하여 설명한다.

10㎠의 청판유리(1110, 1111)상에 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)(1112,1113)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å의 막두께로 성막하였다. 이 실시예에서는, ITO를 1000 Å의 막두께로 성막하였고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 패터닝하였다. 그 다음, 이 기판상에 스핀 코팅법에 의해 폴리이미드(1114, 1115)를 도포하고, 280℃로 소성하였다. 폴리이미드로서는, 히타치 카세이 회사에서 제조된LQ5200, 토레이 회사에서 제조된 LP-64, 및 닛산 화학회사에서 제조된 RN-305를 사용하였다. 그의 두쩨는 100∼300 Å, 이 예에서는 100 Å이었다. 이 기판을 러빙처리하여 1축배향처리를 시행하였다. 한쪽의 기판상에는, 실리카 입자로 된 카탈리스트 카세이회사제신시큐(shinshikyu) 스페이서(1118)를 산포하고, 다른쪽 기판에는 에폭시 수지로 만들어진 시일재(1119)를 스크린 인쇄법에 의해 형성하였다. 양 기판은 스페이서(1118)에 의해 전극간 거리를 1.5 ㎛로 하여 접합되어 셀(cell)을 형성하였다.

액정재료(1116)로서는 비페널계의 강유전성 액정혼합물이 사용되엇다. 그 구조식은 다음과 같다.

C₈H₁₇O-C₆H₄-C₆H₄-COO-C^*HCH₃C₂H₅

C₁₀H₂₁O-C₆H₄-C₆H₄-COO-C^*HCH₃C₂H₅

이들 두 물질이 1 : 1의 비율로 혼합되었다. 상계열(相系列)은, 등방상-스멕틱 A상-스멕틱 C*-결정을 나타내는 것이었다. 또한 수지(1117)로서는, 시판되는 자외선 경화형 수지가 이용되었다. 미경화 수지와 액정재료의 혼합물에 있어서의 미경화 수지의 혼입률은 각각 5% 및 15%이었다. 나머지 95% 및 85%는 액정재료이었다. 수지를 혼합하는 것에 의해, 등방상으로부터 액정상으로의 액정재료의 전이점이 5∼20℃ 저하였다.

셀과 액정을 100℃로 가열하였고, 액정은 진공상태하에서 셀에 주입되었다. 그후, 조립품을 2∼10℃/시간, 이 예에서는 3℃/시간의 비율로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경에 의해 관찰하였을 때, 액정재료의 배향은 러빙방향을 따라 1축배향이 되었다. 즉, 편광현미경하에서 양호한 소광위를 확인할 수 있었다.

수지는 액정재료중에 점 형태로 석출하였다. 수지는 복굴절을 나타내지 않았고, 편광현미경하에서 검은 상태로 관찰되었다. 그리하여, 이 상태에서 액정재료와 미경화 수지를 분리할 수 있다는 것이 이해되었다.

그 다음, 이 셀에 자외선을 조사하여 셀 내부의 수지를 경화시켰다. 자외선의 강도는 바람직하게는 3∼30 mW/㎠, 이 예에서는 10 mW/㎠,이었고, 조사시간은 바람직하게는 0.5∼5분, 이 예에서는 1분이었다.

자외선 조사후 액정재료의 배향은 자외선 조사선의 현미경관찰시와 거의 동일한 양호한 배향상태를 나타내었다.

이 셀에 방형파를 인가하고, 콘트라스트비를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

전기광학특성의 측정결과

제1도에 도시된 바와 같이, 혼합물중의 수지를 비율이 높은 때 스위칭하지 않는 부분의 면적이 증가하기 때문에, ON 투과율이 약간 저하하였지만, OFF 투과율은 그의 영향을 받지 않았다. 이들 비율의 몫인 콘트라스트비에 관해서는, 차이가 거의 없고, 양화한 콘트라스트비가 얻어졌다. 또한, 셀을 육안으로 보았을 때, 수지의 존재는 전혀 관찰되지 않았다. 이들 결과로부터, 환합물중의 미경화 수지의 비율이 0.1∼20% 정도이면, 종래의 장치와 비교하여 손색이 없는 장치를 제공하는 것이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 즉, 표시부의 면적에서 액정재료가 차지하는 비율은 80∼90%인 것이 바람직하였다.

다음에, 서냉효과를 확인하기 위해, 냉각속도를 변화시킨 때의 배향상태의 변화를 관찰하였고, 그 결과는 표2에 나타낸다.

[표 2]

서냉속도와 배향상태의 관계

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 서냉속도 100℃/시간 이상에서 액정재료가 1축배향하지 않은 부분이 형성되었다. 20℃/시간 정도 이하에서는 , 실용상 전혀 분제가 없는 양호한 1축배향을 얻을 수 있었다. 그후, 기판(1110, 1111)에 평광판(1120, 1121)을 접합하여, 셀을 완성하였다.

그리하여, 균일한 전극간 거리를 갖는 셀을 제작할수 있었다. 완성된 셀을 수직상태로 유지하여도, 표시얼룩 등이 전혀 관찰되지 않았다. 기판의 변형 등이 발생되지도 않고, 사용한 강유전성 액정의 층구조가 손상되는 일도 없었다.

기간을 벗기고 액정을 알코올로 세정하여 제거한 후, 기판상에 잔존하는 수지를 주사형 전자현미경으로 관찰하였을 때, 제27도의 사진에서 보여지는 바와 같이, 양 기판을 고정하는데 이용되었던 기둥형상의 수지를 관찰할 수 있었다.

그 수지의 형상은 액정재료의 상전이계역 및 서냉속도 등에 의해 변화되었다. 또한, 기둥형상의 수지가 존재하는 간격은 10∼100㎛ 정도이었다.

제3도는 이 수지가 표시부의 면적을 차지하는 비율과 혼합물중의 미경화 수지의 혼입률의 관계를 나타낸다. 제3 도로부터 명백한 바와 같이, 양자는 거의 일치하고 있다. 즉, 혼입된 미경화 수지의 거의 전부가 기둥형상으로 강화된 것이 명백하였다.

[실시예 2]

액정재료로서 STN형 액정을 사용한 예를 설명한다.

ITO를 퇴적하고 패터닝공정을 행한 대각선 크기 15인치의 기판상에 배향막으로서 닛산화학회사에서 제조된 SE-610 또는 SE-4410을 스트라이프 코터(stripe coater)를 이용한 옵셋 인쇄기술에 의해 성막하였다. 소성온도는 200∼300℃, 이 예에서는, 280℃이었다. 막두께는 600∼1000Å, 이 예에서는 , 800Å이었다. 상하의 대향하는 기판들의 러빙방행이 이루는 각도가 240°로 되도록 두 기판을 러빙처리하였다. 또한, 한쪽의 기판상에는 실리카로 된 직경 6.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판에는 시일(seal)인쇄를 시행하였다. 다음에, 양 기판의 처리된 면을 내측을 향하게 한 채 그 기판들을 가열하여 접합하였다.

액정재료로서는 머크 회사에서 제조된 ZLI-2293을 사용하였다. 카이랄(chairal)재로서 S-811을 0.1∼3%, 이 예에서는 0.12% 첨가하고, 피치(pitch) 조정을 행하였다. 피치에 대한 셀 두께의 비율은 0.50∼0.55 범위로 하였다. 액정에 자외선 경화형 수지를 5% 첨가한 혼합물을 진공상태에서 상기 실내에 주입하였다. 주입후 셀을 압착하여 여분의 액정을 배제한 후에, 셀을 120℃에서 1시간 가열한 후 실온까지 서냉시켰다.

이 셀에 3∼30 mW/㎠(본 실시예에서는 10 mW/㎠)의 자외선을 조사하여, 내부의 수지를 경화시켰다. 수지는 셀에서 잔재하였다. 편광판과 색보상판을 결합시켜, TSTN 패널을 형성하였다.

두 기판은 내부의 점착성의 중합화된 기둥형상의 스페이서에 의해 고정되었기 때문에, 대각선 크기가 15인치인 대면적에도 불구하고 전극간 거리를 균일하게 유지할 수 있었다. 이 셀을 듀티(duty) 200에서 구동시킨 때의 콘트라스트비는 15이었다. 그리하여, 수지를 함유하지 않는 종래의 장치와 동등한 콘트라스트비를 갖는 패널을 얻는 것이 가능하였다.

[실시예 3]

복굴절 제어효과형 액정전기광학장체에 본 발명을 적용한 예를 설명한다.

배향막으로서 닛산화학회사에서 제조된 SE-7511L 및 RN715 또는 히타치 카이세회사에서 제조된 LQ-1800을 ITO가 제공된 기판상에 도포하고, 250∼300℃(본 실시예에서는 300℃)의 온도에서 소성하였다. 막두께는 500∼1000 Å(본 실시예에서는 600 Å)이었다. 이 배향막은 네마틱 액정에 대하여 수직배향을 쉽게 형성할 수 있는 높은 소수성의 배향막이었다. 이 기판을 사용하여, 6 ㎛의 전극간 거리를 갖는 셀을 형성하였다. 부의 유전이방성을 나타내는 머크 회사제ZLI-4318 네마틱 액정에 자외선 경화형 수지를 5% 함유한 혼합물을 셀내에 주입하였다. 이 액정재료의 유전이방성은 -2.0이었다.

서냉후, 자외선을 조사하여, 산재하여 있는 수지를 경회시켰다. 이 상태에서 편광현미경으로 코노스코프상(conoscopic image)을 관찰한 때, 십자형 상이 관찰되어 액정분자가 기판 표면에 대하여 수직으로 배열되어 있는 것을 보여준다. 이 셀에 구동전압을 인가한 때의 콘트라스트비는 80이었다. 또한, 표시얼룩이 극도로 억제될 수 있었다. 그리하여, 그러한 배향상태 및 콘트라스트비에서, 수지가 함유되지 않은 때의 액정특성을 유지하면서 두 기판을 수지에 의해 고정할 수 있었다.

[실시예 4]

강유전성 액정을 이용한 액정전기광학장치에 본 발명을 적용한 예를 설명한다.

1.1 mm의 두께를 가지고 면적이 30㎠인 1쌍의 유리기판상에 전극재료인 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å, 이 실시예에서는 1000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 스핀 코팅법에 의해 폴리이미드를 도포하고, 280℃의 온도에서 소성하였다. 폴리이미드로서는 닛산화학회사제의 RN-305 또는 토레이 회사제의 LP-64를 사용하였다(이 실시에에서는 토레이 회사제의 LP-64를 사용하였다). 폴리이미드막의 두께는 100∼800 Å, 이 예에서는 150 Å이었다. 이들 기판에 러빙처리를 시행하여 1축배향처리를 행하였다. 한쪽의 기판상에는, 실리카 입자인 카탈리스트 카세이회사제의 신시큐 스페이서를 스페이서로서 산포하고, 다른쪽 기판상에는 에폭시 수지로 된 시일재를 스크린 인쇄법에 의해 형성하였다. 전극간 거리를 대략 1.5 ㎛로 하여 두 기판을 접합하여, 셀을 형성하였다. 전극 사이의 단락을 방지하기 위해, 적극상의 전극 및 리드(lead)를 덮도록 절연막을 형성하고, 그 위에 배향막을 형성하여도 좋다.

본 실시예에서 이용된 액정재료는, 치쏘 회사제의 강유전성 액정 CS1014이었다. 이 액정 Ps는 5.4 nC/㎠이고, 그의 상계열은 I(등방상)-N(네마틱상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱 C^*상)이었다.

본 실시예에서 이용된 수지재료는 시판되는 자외선 경화형 수지이었다. 반응개시제는 본 발명의 효과가 가장 좋게 달성되는 것중에서 높은 반응성을 갖는 시바 가이기회사제의 이르거큐어 369이었다.

수지재료로서 반응개시제를 첨가한 수지구성재료 5%와 액정재료 95%를 혼합하고, 수지재료가 액정재료중에서 보다 좋게 혼합되도록 액정이 등방상을 나타낼 때까지 100℃로 가열 및 교반하여, 수지를 액정재료내에 균일하게 혼합하여 액정혼합물을 얻었다. 반응개시제와 수지구성재료의 총량에 대한 반응개시제의 첨가량은 3%이었다.

셀과 액정혼합물을 100℃로 가열하고, 진공상태하에서 셀에 주입한 후 2∼20℃/시간(이 실시예에서 2℃/시간)으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰하였을 때, 수지재료는 점 형태로 셀에 존재하였다. 액정재료의 배향은 수지를 전혀 첨가하지 않은 액정재료와 동일하게 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 셀에 자외선을 강도 3∼30 mW/㎠, 조사시간 0.5∼5분(본 실시예에서는 강도 20 mW/㎠, 조사시간 1분)으로 조사하여, 수지를 경화시켰다. 또한, 자외선 조사후도, 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 가져, 양호한 소광위가 얻어졌다. 또한 이 셀의 표시부분의 면적을 수지재료가 차지하는 비율은 약 5%이었다. 이 경화된 수지는 현미경으로는 관찰될 수 있지만, 육안으로는 그의 존재를 전혀 확인할 수 없었다. 이 셀에 편광판 등을 부가하여 액정전기광학장치를 완성하였다.

이 액정전기광학장치의 상하부 전극 사이에 ±30 V, 5 Hz의 삼각파를 인가하여 전압을 연속적으로 변화시킨 때의 전류의 특성(이후, 전류-전압특성으로 칭함)을 측정하였다. 그 결과, 제5 도에 보여지는 바와 같이 액정분자의 자발분극방향의 180°반전, 즉, 반전된 Ps 피크가 관찰되었다.

이 장치의 전극 사이에 1 μsec, 15 V의 펼스를 매 초마다 인가(비인가시, 개방)하여 동작시킨 때의 광학특성을 제6 도에 나타내었다. 본 발명의 실시예에서, 전류-전압특성 및 광학특성을 나타내는 도면은 각각의 요소의 상대값을 나타내었다. 제6 도에서 명백한 바와 같이, Ps 피크 전압 이상의 전압인가시에 급준(急埈)한 명암의 반전이 일어나고, 그 상태는 안정한 것이 명백하였다. 또한, 단락시의 메모리 특성도 양호하였다.

액정혼합물중의 수지의 배율이 0.1%로부터 20%로 변화될지라도, 경화후의 셀중의 표시부분을 수지가 차지하는 면적의 비율은 혼합된 수지의 비율과 마찬가지로 0.1∼20%의 범위이었고, 수지가 셀중에 분산되어 있었다. 또한, 이들 수지의 경화후의 셀을 두께방향으로 절단하고, 액정을 메탄올로 세정하여 제거하여, 수지부분의 형상을 SEM으로 관찰한 때, 수지가 상하부 기판을 접착하는 기둥현상 또는 수지 덩어리 형상으로 존재하여 있는 것이 확인되었다.

그렇게 하여 제작된 액정전기광학장치에서, 표시얼룩, 깜박임(플리커) 등이 전혀 없었다. 그리하여, 안정한 광학특성을 가지고 극히 고성능의 장치를 제공하는 것이 가능하였다. 또한 한쪽 기판의 내측 표면에 다수의 화소전극과 그들 전극에 접속되는 박막트랜지스터를 형성한 액티브 매트릭스형 액정전기광학장치가 본 실시예에 따른 액정혼합물을 셀내에 채워 제작되었다. 따라서, 고속이고 높은 콘트라이스트비를 갖는 장치를 제공하는 것이 가능하였다. 또한, 수지에 의해 기판간 거리고 일정하게 유지되었다. 30㎠의 대면적에도 불구하고, 장치를 수직상태로 사용할지라도, 기판의 뒤틀림에 기인한 기판간 거리의 확대가 전혀 없거나, 또는 기판 표면을 손가락 등으로 누른 경우의 기판간 거리의 축소도 전혀 없었다. 표시얼룩이나 액정의 층구조 및 배향의 흐트러짐도 전혀 없었다.

비교을 위해, 수지재료, 즉, 미경화 수지재료 및 반응개시제를 액정재료중에 혼합하지 않고, 동일한 셀구조, 제작조건 및 액정재료로 특성을 측정하였다. 액정과 셀을 100℃로 가열하고, 셀내에 액정을 주입하고, 액정과 셀을 서냉시켰다. 서냉후의 배향상태를 편광현미경으로 관찰하였을 때, 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 가져, 양호한 소광위를 나타내었다. 이 셀에 편광판 등을 부가하여 액정 전기광학장치를 제작하였다.

이 액정 전기광학장치에 ±30 V 5 Hz의 삼각파를 인가하여, 전류-전압특성을 측정하였다. 그 결과, 제7 도에서 보여지는 바와 같이 Ps 피크와, 장치내에서의 전하의 이동으로 고려되는 전류의 증감, 즉, 제2피크가 측정되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제8 도에 나타내었다. 전압의 인가에 의해 액정분자가 반전되어, 어두운 상태를 나타내어도, 이 어두운 상태는 시간경과에 따라 밝은 상태로, 그후 다시 어두운 상태로 불안정하게 변화되었다.

또한, 장치를 수직상태로 사용하면, 기판의 하부부분에 액정재료가 정체되어 기판간 거리가 일부분에서 국부적으로 크게된다. 또한, 그 부분을 손가락으로 누르면, 기판간 거리가 축소되고, 그와 동시에, 액정의 층구조가 붕괴되고, 표시얼룩이 발생하였다.

다음에, 액정재료와 수지재료를 각각 95%, 5%FH 혼합하고, 수지재료중의 반응개시제의 첨가량을 수지구성재료와 반응개시제의 합계량에 대하여 0∼10%의 범위내에서 변화시켰다, 반응개시제의 첨가량이 0%인 경우, 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내어, 양호한 소광위가 얻어졌지만, 삼각파 전압을 인가하여 전류-전압특성을 측정한 때, Ps 피크와 제2피크가 측정되었다. 이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학특성을 제9 도에 나타내었다. 전압인가에 의해 액정분자가 반전되어, 어두운 상태를 나타낼지라도, 이 어두운 상태는 시간경과에 따라 밝은 상태로 다소 변화되었다. 이 장치가 수지를 가하지 않은 경우(제8 도)와 비교하여 다소 양호한 특성을 나타낼지라도, 불안정성은 여전히 해결되지 않았다. 또한 수지는 당연히 경화되지 않는다.

반응개시제의 첨가량을 0.3% 이상으로 한 경우, 수지도 경화되고, 제2피크의 발생도 억제되어, 특성이 개선되었다.

[실시예 5]

본 실시예에서, 장치의 구조, 액정과 수지의 비율, 수지중의 반응개시제의 종류 및 첨가량은 실시예 4와 동일하다

본 실시예의 액정재료로서는 6.6 C/㎠의 Ps와 I-N-A-C^*의 상계열을 가지는 치쏘 회사제의 CS1015를 사용하였다. 액정재료에 수지재료를 첨가하고, 액체재료에 보다 잘 혼합하도록 90℃로 가열 및 교반하고, 90℃로 가열한 셀에 진공사태에서 주입하였다. 서냉후 자외선 조사에 의해 수지를 경화시켰다. 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 가지고, 양호한 소광위를 나타내었다. 이 셀에 편광판 등을 부가하여, 액정전기광학장치를 제공하였다.

이 액정전기광학장치에 ±30 V, 5 Hz의 삼각파를 인가하고, 전류-전압극성을 측정하면, 제10도에 나타낸 바와 같이 Ps 파크만을 관찰할 수 있었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가(비인가시, 회로가 개방됨)하여 동작시킨 때의 광학특성은 실시예 4와, 동일하였다. 전압인가에 의해 액정분자가 급격히 반전되어 안정된 명암상태를 유지하였다. 또한, 단락상태에서의 메모리 특성도 양호하였다.

이렇게 하여 제작된 액정전기광학장치에서는 표시얼룩, 깜박임 등이 없었다.

그리하여, 안정된 광학특성을 가지는 극히 고성능의 장치를 제공할 수 있었다. 또한, 한쪽 기판의 내측 표면에 다수의 화소전극과 이들에 접속되는 박막트랜지스터를 형성한 액티브 매트릭스형 액정전기광학장치를, 본 실시예의 액정혼합물을 셀내에 채워 제작하였다. 따라서 고속이고 높은 콘트라스트비를 가지는 장치가 제공될 수 있었다. 또한, 수지에 의해 기판간 거리를 일정하게 유지하였다. 30㎠의 대면적에도 불구하고, 이 장치를 수직상태로 사용하여도 기판의 뒤틀림에 기인한 기판간 거리의 확대가 없고, 기판 표면을 손가락으로 누른 경우의 기판간 거리의 축소도 없었다. 또한, 표시얼룩이나 액정의 층구조와 배향의 흐트러짐도 없었다.

비교를 위해, 본 실시예에서 액정재료에 수지구성재료와 반응개시제를 혼합하지 않고 특성을 측정하였다. 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 가져, 양호한 소광위를 나타내었다. 그러나, 전극 사이에 삼각파를 인가하여 전류-전압특성을 측정하면, 제11 도에 나타낸 바와 같이 Ps 피크와 제2피크가 관찰되었다.

이 장치에서 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학특성을 제12도에 나타내었다. 전압인가에 의해 액정분자가 어두운 상태로 반전되었으나, 곧바로 밝은 상태로 불안정하게 변경되었다.

또한, 장치를 수직상태로 사용하면, 기판의 하부부분에 액정재료가 정체되어 기판간 거리가 일부분에서 국부적으로 크게되고, 손가락으로 이 부분을 누르면 기판간 거리가 축소되었다. 동시에, 액정의 층구조가 손상되었고 표시얼룩이 있었다.

[실시예 6]

본 실시예에서, 장치의 구조, 액정과 수지의 비율, 수지중의 반응개시제의 종류 및 첨가량은 실시예 4와 동일하였다.

본 실시예의 액정재료로서는 9.3 nC/㎠의 Ps와 I-N-A-C^*의 상계열을 가지는 치쏘 회사제의 CS1017을 사용하였다. 액정재료에 수지재료를 첨가하고, 액정재료에 보다 잘 혼합되도록 80℃로 가열 및 교반하였다. 이 재료를 80℃로 가열된 셀내에 진공상태에서 주입하고, 그후에 서냉시켰다. 서냉후, 자외선 조사에 의해 수지를 경화시켰다. 액정은 러빙방향을 따라 1배축배향을 가지고, 양호한 소광위를 나타내었다. 셀에 편광판 등을 부가하여 액정전기광학장치를 제공하였다. 이 액정전기광학장치에 인가하는 전압을 연속적으로 변경시킨 때의 전류변화를 측정한 때, 제13 도에 도시된 바와 같이 Ps 피크가 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가(비인가시 회로가 개방된)하여 동작시킨 때의 광학특성은 실시예 4와 동일하였다. 전압인가에 의해 액정분자가 급격히 반전되어, 안정된 명암상태를 유지하였다. 또한, 단락상태의 메모리 특성도 양호하였다.

이렇게 하여 제작된 액정전기광학장치에서, 표시얼룩, 깜박임 등이 없었다. 따라서, 안정된 광학특성을 가지는 극히 고성능의 장치를 제공할 수 있었다. 또한, 한쪽 기판의 내측 표면에 다수의 화소전극과 이들에 접속되는 박막트랜지스터를 형성한 액티브 매트릭스형 전기광학장치를, 본 실시예의 액정혼합물의 셀에 채워 제작 하였다. 따라서, 고속이고 높은 콘트라스트비를 가지는 장치가 제공괴었다. 수지에 의해 기판간 거리가 일정하게 유지되었다. 30㎠의 대면적에도 불구하고, 장치를 수직상태로 사용하여도, 기판의 뒤틀림에 기인한 기판간 거리의 확대가 없었고, 기판표면을 손가락으로 누른 경우의 기판간 거리의 축소도 없었다. 또한, 표시얼룩이나 액정의 층구조와 배향의 흐트러짐도 없었다.

비교를 위해, 본 실시예에서 액정재료에 수지재료와 반응개시제를 혼합하지 않고, 특성을 측정하였다. 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 가지고 양호한 소광위를 나타내었다. 그러나, 전극 사이에 삼각파를 인가하여 전류-전압특성을 측정한 때, 제14도에 나타낸 바와 같이 Ps 피크와 제2피크가 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성은 제12도에 도시된 실시예 5와 거의 동일하였다. 전압인가로 액정분자가 어두운 상태로 반전되어도, 곧바로 밝은 상태로 불안정하게 변화되었다.

또한, 이 장치를 직립 상태로 사용하면, 기판의 하부부분에 액정재료가 정체되어, 기판간 거리가 일부분에서 국부적으로 크게되었다. 또한, 이 부분을 손가락으로 누르면, 그 부분에서 기판간 거리가 축소되었다. 동시에, 액정의 층구조가 손상되었고, 표시얼룩이 있었다.

[실시예 7]

본 실시예에서, 장치의 구조, 액정혼합물중의 액정과 수지의 비율은 실시예 4와 동일하였다. 그러나, 본 실시예에서 사용된 액정재료는 강유전성 액정이었다. 이 액정의 Ps는 10.9 nC/㎠이었고, 그의 상계열은 I-A-C^*이었다. 본 실시예에서 사용된 수지재료는 시판되는 자외선 조사 경화형 수지이었다. 반응개시제로서는, 시바 가이기 회사에서 제조된 이르거큐어 369를 수지구성재료와 반응개시제의 합계량에 대하여 1%가 되도록 혼합하였다.

첨가된 수지재료를 액정재료에 보다 잘 혼합하기 위하여, 120℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 액정을 가열 및 교반하였다. 120℃로 가열된 셀에 그 혼합물을 진공상태에서 주입하였다. 서냉후, 자외선 조사에 의해 수지를 경화시켰다. 수지가 첨가되지 않는 액정재료의 배향상태와 같이, 액정은 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 가져서, 양호한 소광위를 나타내었다. 편광판 등을 셀에 부가하여, 액정전기광학장치를 제공하였다. 이 액정전기광학장치에 인가되는 전압을 연속적으로 변화시킨 때의 전류를 측정하였다. 그 결과, 제15 도에 도시된 바와 같이 Ps 피크가 관찰 되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가(비인가시, 회로가 개방됨)하여 동작시킨 때의 광학특성을 제16 도에 나타내었다. 전압인가시에 액정분자가 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 반전되어, 안정된 명암상태를 유지하였다. 광학특성은 양호하였고, 특히 어두운 상태가 양호하였으며, 오히려 안정되었다. 또한, 단락시의 메모리 특성도 양호하였다.

이렇게 하여 제작된 액정전기광학장치에서, 표시얼룩, 깜박임 등은 없었다. 따라서, 안정된 광학특성을 가지고 극히 고성능의 장치를 제공할 수 있었다. 또한, 한쪽 기판의 내측 표면에 복수의 화소전극과 이들에 접속되는 박막트랜지스터를 형성한 액티브 매트릭스형 전기광학장치를, 본 실시예의 액정혼합물을 셀에 채워 제작 하였다. 따라서 고속이고 높은 콘트라스트비를 가지는 장치가 제공되었다. 수지에 의해 가판간 거리가 일정하게 유지되었다. 30㎠ 의 대면적에도 불구하고, 장치를 수직상태로 사용하여도, 기판의 뒤틀림에 기인한 기판간 거리의 확대가 없었고, 기판표면을 손가락으로 누른 경우의 기판간 거리의 축소도 없었다. 표시얼룩이나 액정의 층구조와 배향의 흐트러짐도 없었다.

비교를 위해, 본 실시예에서, 액정재료에 수지재료를 혼합시키지 않고 셀을 제작하였다. 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 가져서, 양호한 소광위를 나타내었다. 그러나, 전류-전압특성을 측정한 때, 제17 도에 도시된 바와 같이 Ps 피크와 제2피크가 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제18도에 나타내었다. 전압인가에 의해 액정분자가 어두운 상태로 반전되었으나, 이러한 상태변화는 천천히 일어났다. 어두운 상태가 충분히 안정된 것은 아니었다.

또한, 장치를 수직상태로 사용하면, 기판의 하부부분에 액정재료가 정체되어, 기판간 거리가 일부분에서 국부적으로 크게되었다. 이 부분을 손가락으로 누르면, 기판간 거리가 축소되었다. 동시에, 액정의 층구조가 손상되었고, 표시얼룩이 발생 하였다.

[실시예 8]

본 발명의 장치에서 TN형 동작모드를 사용한 예를 설명한다.

10㎠의 1쌍의 유리기판상에 인듐·주석·산화물(이하, ITO라 침함)을 스퍼터법이나 증착법에 의해 500∼2.000 Å, 본 실시예에서는 1,000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 닛산 화학회사에서 제조된 SE-610 또는 SE-4110(본 실시예에서는 후자가 사용됨)을 스트라이프 코터를 사용하는 옵셋 인쇄기술에 의해 퇴적하였다. 그 다음, 200∼300℃, 본 실시예에서는 280℃로 소성하여 배향막을 형성하였다. 막두께는 600∼1,000 Å, 본 실시예에서는 800 Å이었다. 전극면을 대향시켜 상하부 기판을 정렬시킨 때 이들 기판의러방방향이 이루는 각도가 90° 이도록 러빙처리하였다. 또한, 한쪽 기판상에서 6.5 ㎛의 직경을 가지는 실리카입자로 된 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 시일재를 스크린 인쇄에 의해 부착하여, TN 셀을 제공되었다.

사용된 액정재료로서는, 정(正)의 유전이방성을 가지는 시아노비페닐계 네마틱 액정 95%에 대하여 자외선 경화형 수지인 수지재료를 5%의 비율로 사용하였다. 수지를 액정중에 보다 잘 혼합하기 위해, 액정이 등방상을 나타내기 까지 액정을 90℃로 가열하고 교반하였다. 액정을 진공하에서 셀내에 주입하고, 서냉후에 수지가 경화되었다.

완성된 액정전기광학장치에 10 V의 전압을 인가한 때 액정층에 걸리는 전압이 급격하게 변화하였다. 시간경과에 따른 변화는 없었다. 또한, 장치를 수직상태로 사용하면, 점착성의 중합화된 기둥형상 스페이서에 의해 기판간 거리가 크게되지 않고 일정하게 유지되었다. 또한, 표시얼룩도 없었다.

이렇게 하여 제작된 액정전기광학장체에서, 표시얼룩, 깜박임 등은 없었다. 따라서, 안정된 광학특성을 가지는 극히 고성능의 장치를 제공할 수 있었다. 또한 한쪽 기판의 내측 표면에 다수의 화소전극과 이들에 접속되는 박막트랜지스터를 형성한 액티브 매트릭스형 전기광학장치를, 본 실시예에 따른 액정혼합물을 셀내에 채워 제작하였다. 따라서, 고속이고 높은 콘트라스트비를 가지는 장치가 제공될 수 있었다.

비교를 위해, 본 실시예에서 액정재료에 수지재료와 반응개시제를 혼합하지 않고 셀을 제작하였다 이 액정전기광학장치에 10 V의 전압을 인가한 때 전극 사이(즉, 액정층 사이)의 전압은 크게 경시변화하였고, 광학특성도 이 전압의 경시변화에 따라 변화하였다.

[실시예 9]

실시예 9∼12는 액정재료에 반응개시제를 혼합한 예를 나타낸다. 본 발명의 액정전기광학장치가 강유전성 액정을 이용하는 경우를 아래에 설명한다.

10㎠의 유리기판상에 전극재료인 인듐·주석·산화물(ITO)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 50∼2000 Å, 본 실시예에서는 1000 Å의 두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 폴리이미드를 스핀코팅법에 의해 도포하고, 280℃로 소성하였다. 폴리이미드로서는 닛산 화학회사에서 제조된 RN-305 또는 토레이 회사에서 제조된 LP-64를 사용하였다. 폴리이미드막의 두께는 100∼800 Å, 본 실시예에서는 150 Å이었다. 이 기판에 러빙처리를 행하여 1축배향처리를 하였다. 한쪽의 기판상에는, 실리카 입자로 된 카탈리스트 카세이회사제의 신시큐 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 시일재로서 에폭시 수지를 스크린 인쇄하였다. 전극 사이의 거리를 대략 1.5 ㎛로 하여 양 기판을 접합하여, 셀을 형성하였다.

본 실시예에서 사용된 액정재료로서는, 치쏘 회사에서 제조된 강유전성 액정 CS1014이었다. 이 액정의 Ps(자발분극)는 5.4 nC/㎠이고, 그의 상계열을 I(등방상)-N(마그네틱상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱C^*상)이었다. 또한, 반응개시제로서, 공지의 개시제중 높은 반응성을 가지는 것이고 본 발명의 효과를 가장 양호하게 달성하는 것인 시바 가이기회사제의 이르거큐어 369를 사용하였다.

반응개시제는 1∼3%, 본 실시예에서는 3% 만큼 액정에 혼합되었다. 반응개시제를 액정에 보다 잘 혼합하기 위해, 100℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 상기 혼합물을 가열 및 교반하였다. 그리하여, 반응개시제가 액정중에 균일하게 혼합되었다.(이하에서, 상기 혼합물을 액정혼합물이라고 칭한다).

셀과 액정혼합물을 100℃로 가열하고, 진공하에서 상기 셀에 주입하였다. 그후, 2∼20℃/시간, 본 실시예에서는 2℃/시간으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 시온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰하면, 반응개시제를 첨가하지 않은 액정재료와 유사하게, 액정이 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 액정전기광학장치의 전극 사이에 ±20 V, 5 Hz의 삼각파를 인가하여 인가전압을 연속적으로 변화시킨 때의 전류-저압특성을 측정하였다. 그 결과, 제19도(임의 단위로 나타냄)에 나타내어진 바와 같이 액정분자의 자발분극의 180°반전, 즉, 반전된 피크(이하에서는 Ps 피크라 한다)가 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제20도에 나타내었다. 제20 도에서 명백한 바와 같이, Ps 피크 전압 이상의 전압인가시에 급존한 명암상태 반전이 발생하였고, 그 상태는 안정적임이 분명하였다.

[실시예 10]

본 실시예에서 사용된 장치의 구조, 액정 및 반응개시제는 실시예 1의 경우와 동일하였다. 본 실시예에서의 반응개시제의 첨가량은 액정재료에서 1%이었다. 실시예 9에서와 마찬가지로, 반응기시제를 액정에 보다 잘 혼합하기 위해, 100℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 그 혼합물을 가열 및 교반하였다. 그리하여, 반응개시제가 액정중에 균일하게 혼합되어 액정혼합물을 제공하였다.

셀과 액정혼합물을 100℃로 가열하였고, 진공하에서 그 혼합물을 셀에 주입하였다. 그후, 2∼20℃/시간(본 실시예에서는 실시예 9에서와 같이 2℃/시간)으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 상온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 반응개시제를 참가하지 않은 액정재료와 유사하게 액정이 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

실시예 9와 마찬가지로, 이 액정전기광학장치의 전극 사이에 ±20 V, 5 Hz의 삼각파를 인가하여 전류-전압특성을 측정하였다. 그 결과, 실시예 9에서와 마찬가지로, Ps 피크만이 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제21 도에 나타내었다. 제21 도에서 명백한 바와 같이, Ps 피크 전압 이상의 전압인가시에 급준한 명암상태 반전이 일어나고, 일단 어두운 상태가 나타났으나, 이 상태는 시간경과에 따라 밝은 상태로 변화하였다.

반응개시제로보터 전하를 계속 공급하기 위해 자외선을 조사하였다. 이때의 자외선 조사강도는 20 mW/㎠,이고, 조사시간은 1분이었다. 자외선 조사전의 상태에서와 마찬가지로, 전류-전압특성의 관찰에 의해 Ps 피크만이 확인되었다. 광학특성에 대해서는 실시예 1에서와 같이 급준한 명암반전이 발생하였고, 그 상태는 경시 변화하지 않고 안정되었다.

[실시예 11]

강유전성 액정을 사용한 액정전기광학장치에 본 발명을 적용한 예를 설명한다.

본 실시예에서 사용된 액정재료는 강유전성 액정인 비페닐계 재료이었다. 이 액정의 Ps는 10.9 mC/cmA2, 그의 상계열은 I(등방상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱C^*상)이었다. 또한, 반응개시제는 시바 가이기회사에서 제조된 이르거큐어 184이었고, 그의 첨가량은 액정재료에 대히 1%이었다.

반응개시제를 액정에 보다 잘 혼합하기 위해. 120℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 상기 혼합물을 가열 및 교반하였다. 그리하여, 반응개시제가 액정에 균일하게 혼합되어 액정혼합물을 제공하였다.

실시예 9에서와 같은 구조의 셀을 준비하고, 이 셀과 액정혼합물을 120℃로 가열하였고, 진공하에서 그 혼합물을 셀에 주입하였다. 그후 2∼20℃/시간(본 실시예에서는 2℃/시간)으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 반은개시제를 첨가하지 않은 액정재료와 유사하게 액정이 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 액정전기광학장비에서, 전극 사이에 ±20 V, 5 Hz의 삼각파를 인가한 때의 전류-전압특성을 측정하였다. 그 결과, 전술한 실시예들에서와 같이 Ps 피크만이 관찰되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제22 도에 나타내었다. 전압인가로 급준한 명암상태가 어두운 상태로 변화하였지만 그 어두운 상태는 시간경과에 따라 밝은 상태로 변화하였다. 이 어두운 상태는 그리 좋지 않았다.

반응개시제로부터 전하를 계속 공급하기 위해 자외선을 조사하였다. 이때의 자외선 조사강도는 20 mW/cmA2이고, 조사시간은 1분이었다. 자외선 조사전의 상태와 같이, 전류-전압특성의 관찰에서 Ps 피크만이 확인되었다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제23 도에 나타내었다. 전압인가시에 명암상태의 반전이 일어났고, 광학특성, 특시, 어두운 상태가 더 양호하게 되고, 이 상태가 인정적이었다.

[실시예 12]

액정 모드로서 TN형 동작모드에 본 발명을 적용한 예를 설명한다.

10㎠의 한쌍의 유리기판상에 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å, 본 실시예에서는 1000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 닛산 화학회사에서 제조된 SE-610 또는 SE-4110을 스트라이프 코터를 이용하는 옵셋 인쇄기술에 의해 퇴적하고, 200∼300℃, 본 실시예에서는 280℃로 소성하여 배향막을 형성하였다. 막두께는 600∼1000 Å, 본 실시예에서는 800 Å이었다. 전극면을 대향시켜 상하부의 대면하는 기판을 정렬시킨 때 이들 기판의 러빙방향이 이루는 각도가 90℃이도록 두 개의 기판을 러빙처리하였다. 또한, 한쪽 기판상에 6.5 ㎛의 직경을 갖는 실리카 입자를 산포하고, 다른쪽 기판에는 시일재를 스크린 인쇄에 의해 부착하여 TN 셀을 제공하였다.

사용된 액정재료로서는, 정(正)의 유전이방성을 가지는 시아노비페닐계 네마틱 액정 95%에 대하여 자외선 경화형 수지인 수지재료 5%를 사용하였다. 반응개시제로서, 시바 가이기회사제의 이르거큐어 369가 액정에 3% 첨가되었다. 수지를 액정에 보다 잘 혼합하기 위해, 90℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 액정을 가열 및 교반하였다. 액정을 셀에 주입하여, 반응개시제가 액정에 균일하게 혼합되어 액정혼합물을 제공하였다. 그 혼합물을 셀에 주입하였다.

이 액정전기광학장치에 10 V의 전압을 인가한 때 액정층에 걸리는 전압은 급격히 변화하였다. 이것은, 반응개시제가 액정에 첨가되어, 액정층내의 원하지 않는 전하를 제거하였기 때문이다. 광학특성도 전압변하에 따라 어두운 상태에서 밝은 상태로 급격히 변화하고, 경시변화는 없었다.

[실시예 13]

액정재료로서 STN형 액정을 이용한 예를 설명한다.

10㎠의 유리기판상에 전극재료인 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å, 본 실시예에서는 1000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 페터닝하였다. 이 기판상에 배향막으로서 닛산 화학회사제의 SE-610 또는 SE-4110을 스트라이프 코터를 사용하는 옵셋 인쇄기술에 의해 성막하고, 바람직하게는 200∼300℃, 본 실시예에서는 280℃로 소성하였다. 배향막의 두께를 600∼1000 Å로 설정하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 800 Å으로 하였다. 상하부의 대향하는 기판의 러빙방향이 이루는 각도가 240° 이도록 두 기판을 러빙처리하였다. 또한, 한쪽의 기판상에는 6.5 ㎛의 직경을 갖는 실리카 입자를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 시일재를 부여하여, 액정 셀을 형성하였다. 이 액정 셀에 편광판과 색보상판을 결합시켜, STN 셀을 형성하였다.

액정재료로서 머크 회사에서 제조된 ZLI-2293을 사용하고, 카이랄제로서 S-811을 0.1∼3%, 본 실시예에서는 0.12%로 첨가하여 피치를 조정하였다. 피치에 대한 셀 두께의 비율은 0.50∼0.55이었다. 반응개시제로서 이르거큐어 369를 액정재료에 3%첨가하였다 첨가한 반응개시제를 액정에 보다 잘 혼합하기 위해, 액정이 등방상을 나타내기 까지 그 혼합물을 90℃로 가열 및 교반하였다. 그리하여, 반응개시제가 액정에 균일하게 혼합되어, 액정혼합물이 얻어졌고, 상기 셀에 주입되었다.

이 액정전기광학장치에 10 V의 전압을 인가한 때, 액정측에 걸리는 전압이 급격하게 변한 다음, 시간경과에 따라 변화가 없어졌다. 이것은, 소망하지 않는 전하가 액정에 첨가된 반응개시제때문에 액정층내에서 제거되었기 때문이다. 셀을 듀티 200으로 구동시킨 때, 반응개시제를 함유하지 않는 종래의 장치의 것과 같이 콘트라스트가 15이었다.

[비교실시예 1]

본 비교실시예에서는 사용된 장치의 구조와 액정재료는 실시예 9 및 10에서의 것과 같았다. 그러나, 본 비교실시예의 액정재료는 반응개시제를 함유하지 않았다.

셀과 액정재료를 100℃로 가열하고, 진공하에서 액정재료를 셀에 주입하였다. 그후, 2∼20℃/시간, 본 비교실시예에서는 2℃/시간으로 실온까지 서냉시켯다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 측정한 때, Ps 피크와, 장치내에서의 전하의 이동으로 교려되는 전류의 변화(이후, 제2피크라 칭함)가 측정되었다. 통상, 이 제2피크는 Ps 피크에 근접하여 존재하기 때문에, 장치동작시에 인가되는 전압을 결정하는 것이 곤란하다.

이 장치에 1 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제25 도에 나타내었다. 전압인가시 액정분자가 반전되어 어두운 상태로 되었다. 이 어두운 상태는 시간경과에 따라 밝은 상태로 변하고, 그후 다시 어두운 상태로 불안정하게 변화하였다.

[비교실시예 2]

본 비교실시예에서의 장치의 구조 및 액정재료는 실시예 11과 동일하였다. 그러나, 본 비교실시예에서는, 액정재료에 반응개시제를 첨가하지 않았다.

실시예 11에서와 같이, 셀에 진공하에서 액정은 주입하였다. 이 액정전기광학장치의 전류-전압특성을 측정한 때, 비교실시예 1과 같이 Ps 피크와 제2피크가 측정되었다.

이 장치에 μ sec, 15 V의 펄스를 매 초마다 인가하여 동작시킨 때의 광학 특성을 제26 도에 나타내었다. 전압인가시 명암의 상태가 어두운 상태로 반전하였지만 그 상태변화는 완만하였다.

[비교실시예 3]

본 비교실시예에서 장치의 구조 및 액정재료는 실시예 12와 동일하였다. 그러나, 본 비교실시예에서는, 액정재료에 반응개시제를 첨가하지 않았다. 이 액정을 실시예 12에서와 같이 주입하였다.

이 액정전기광학장치에 10 V의 전압을 인가한 때, 액정층에 걸리는 전압은 시간경과에 따라 변화하고, 광학특성도 이 전압의 경시변화에 따라 변화하였다.

[비교실시예 14]

수지경화후에 액정재료를 다시 배향시킨 예를 설명한다.

10㎠의 유리기판상에 전극재료인 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å, 본 실시예에서는 1000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 폴리이미드를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 280℃의 온도에서 소성하였다. 배향막이 되는 폴리이미드로서는 토레이 회사의 LP-64 및 닛산 화학회사의 RN-305가 사용되었다. 이 폴리이미드의 막두께는 100∼800 Å, 본 실시예에서는 150 Å이었다. 이 기판에 러빙처리를 하여 1축배향처리를 행하였다. 한쪽의 기판상에는 실리카 입자로 된 카틸리스트 카제이회사제신시큐 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 에폭시 수지로 된 시일재를 스크린 인쇄법에 의해 부여하였다. 전극간 거리를 대략 1.5 ㎛ 로 하여 양 기판을 접합하여 셀을 형성하였다.

본 실시예에서 사용된 액정재료는 치쏘회사제의 강유전성 액정 CS1014이었다. 이 액정의 Ps는 5.4nC/m2이고, 그의 상계열은 I(등방상)-N(마그네틱상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱C^*상)이었다.

본 실시예에서 사용된 수지재료는 시판되는 우레탄계 올리고머와 아크릴계 모노거의 혼합물이었다.

상기 액정재료 95%와 미경화 수지재료5%(중랑%)를 혼합하고, 혼합한 수지가 액정에 보다 잘 혼합하도록, 90℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 그 혼합물을 가열하고 교반하여, 수지를 액정재료중에 균일하게 혼합하였다. 이후, 이 혼합물을 액정혼합물이라 한다.

셀과 액정혼합물을 90℃로 가열하고, 진공하에서 셀에 주입하였다. 그후, 혼합물을 2∼20℃/시간(본 실시예에서는 2℃/시간)으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 수지재료는 셀내에 점형태로 존재하고, 액정은 수지를 첨가하지 않은 액정재료와 같이 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위를 나타내었다.

이 셀에 자외선을 3∼300mW/㎠의 강도로 0.5∼5분간 조사하여(본 실시예에서는, 강도가 20mW/㎠, 조사시간의 1분이었다). 수지를 경화시켰다. 자외선 조사후에도, 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 셀에 ±30 V의 삼각파를 인가되여 광학특성을 측정하였다. 동작상태를 주의깊게 관찰한 때, 어두운 상태표시시에 미량의 광이 수지의 주변으로부터 누출되는 것을 알았다. 이 경우, 밝은 상태값이 35.26(임의값으로 나타냄)으로 표현되고, 어두운 상태값은 1.131로 표현되며, 콘트라스트는 31.16으로 표현되며, 이 셀에 ±20 V, 60 ㎛의 펄스를 인가한 때 측정된 전압보유율은 45.0%이었다. 시간경과후 셀을 관찰한 때, 밝은 상태값은 40.08이고, 어두운 상태값은 0.924이고, 콘트라스트는 43.39이었으며, 측정된 전압보유율은 49.0%이어서, 실제의 특성도 상당히 개선되었다.

[비교실시예 15]

수지경화후 액정재료를 다시 배향시킨 예를 설명한다. 본 실시예에서 장치의 구조, 액정재료 및 수지재료는 실시예 13에서와 같았다.

상기 액정재료 85%와 미경화 수지재료 15%(중량%)를 혼합하고, 첨가한 수지를 액정에 보다 잘 혼합하도록, 90℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 그 혼합물을 가열하고 교반하여, 액정혼합물을 형성하였다.

셀과 액정혼합물을 90℃로 가열하고, 진공하에서 그 혼합물을 셀에 주입한 후, 2∼20℃/시간(본 실시예에서는 20℃/시간)으로 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 수지재료는 셀내에 점형태로 존재하고, 액정은 수지를 첨가하지 않는 액정재료와 같이 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내고 양호한 소광위를 나타내었다.

이 셀에 자외선을 3∼30mW/㎠의 강도로 0.5∼5분간 조사하여(본 실시예에서는, 강도가 20mW/㎠이고, 조사시간은 1분이었다), 수지를 경화시켰다. 자외선 조사후에도, 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 셀에 ±30 V의 삼각파를 인가하여 광학특성을 측정하였다. 동작상태를 주의깊게 관찰한 때, 어두운 상태표시시에 미량의 광이 수지의 주변으로부터 누출되는 것을 알았다. 이 경우, 밝은 상태값은 22.89(임의값으로 나타냄)로 표현되고, 어두운 상태값이 3.491로 표현되고, 콘트라스트가 6.6이었으며, 이 셀에 ±20 V, 60 ㎛의 펄스를 인가한 때 측정된 전압보유율은 61.0%이었다. 시간경과후 셀을 관찰한 때, 밝은 상태값은 31.48이고, 어두운 상태값은 3.162이며, 콘트라스트는 10이고, 측정된 전압보유율은 71.0%이어서, 실제의 특성도 상당히 개선되었다.

[비교실시예 16]

시일재와 미경화 수지재료를 동시에 경화시킨 예를 설명한다.

본 실시예에서 이용된 액정재료는 치쏘회사제의 강유전성 액정 CS1014이었다. 이 액정의 Ps는 5.4nC/㎠이고, 그의 상계열은 I(등방상)-N(네마틱상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱C^*상)이었다. 본 실시예에서 사용된 수지재료는 시판되는 우레탄계 올리고머와 아크릴계 모노머의 혼합물이었다.

액정재료 95%와 미경화 수지재료 5%를 혼합하고, 첨가한 수지를 액정에 보다 잘 혼합하도록, 90℃에서 액정이 등방상을 나타내기 까지 그 혼합물을 가열하고 교반하여, 수지를 액정재료중에 균일하게 혼합하였다. 그 혼합물을 액정혼합물이라고 한다.

10㎠의 유리기판상에 전극재료인 인듐·주석·산화물(이후, ITO라 칭함)을 스퍼터법 또는 증착법에 의해 500∼2000 Å, 본 실시예에서는 1000 Å의 막두께로 성막하고, 통상의 포토리소그래피공정에 의해 전극을 패터닝하였다. 이 기판상에 폴리이미드를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 280℃의 온도에서 소성하였다. 배향막이 되는 폴리이미드로서는 토레이 회사의 LP-64 및 닛산 화학회사의 RN-305가 사용되었다. 이 폴리이미드의 막두께는 100∼800 Å, 본 실시예에서는 150 Å이었다. 이 기판에 러빙처리를 하여 1축배향처리를 행하였다. 한쪽의 기판상에는 실리카 입자로 된 신시큐 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 자외선 경화형 수지로 된 시일재를 스크린 인쇄법에 의해 형성하였다.

액정혼합물의 전이점 이상으로 두 기판을 가열하여, 시일재를 스크린 인쇄한 기판상에 적당략의 등반상 액정 혼합물을 적하하였다. 스페이서가 산포된 기판들을, 그 기판들에 의해 액정 혼합물을 끼워잡도록 위로부터 압착하였다. 그리하여, 1.5 ㎛의 기판간 거리를 갖는 셀이 제작되었다. 이 셀를 실온까지 서냉시키고, 액정재료와 미경화 수지의 분리르 행하였다. 그 다음, 액정을 편광현미경으로 관찰할 수 있었다. 액정은 수지를 첨가하지 않은 액정재료와 같이 배향막의 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다. 수지는 셀내에 점형태로 존재하는 것으로 관찰되었다.

이어서, 이 셀의 시일부를 포함한 전체면에 자외선을 3∼30mW/㎠의 강도로 0.5∼5분간 조사하여(본 실시예에서는, 강도가 20mW/㎠이고, 조사시간은 1분이었다), 시일부 및 표시부에 점형태로 존재하는 수지를 경화시켰다. 자외선 조사후에도, 액정은 러빙방향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

[실시예 17]

수지를 가열과 자외선조사에 의해 경화시킨 예를 설명한다.

10㎠의 유리기판상에 스위칭소자로서 TFT(박막트랜지스터)와 이것에 접속되는 ITO로 된 화소전극, 신호전극, 주사전극 등을 형성하였다.

다른 기판에 대향전극으로서 ITO를 형성하였다. 그 기판은 TFT를 갖는 다른 기판과 대향시켜 각 TFT소자에 대향하는 부위에 걸쳐 ITO상에 Cr 또는 Al 또는 그의 산화막으로 된 차광막을 제공하였다. 여 기판상에 폴리이미드를 스핀 코팅법에 도포하고, 소성리하여 배향막을 형성하였다. 기판에 러빙처리를 하여 1축배향처리를 행하였다.

한쪽의 기판상에 스페이서를 산포하고, 다른쪽 기판상에는 에폭시 수지로 된 시일재를 스크린 인쇄에 의해 형성하였다. 약 3 ㎛의 적극간 거리를 두고 양 기판을 접합하여, 셀을 형성하였다.

본 실시예에서 사용된 액정재료는 치쏘회사에서 제조된 강유전성 액정 CS1014이었다. 이 액정의 Ps는 5.4nC/㎠이고, 그의 상계열은 I(등방상)-N(네마틱상)-A(스멕틱 A상)-C^*(스멕틱C^*상)이었다.

본 실시예에서 사용된 수지재료는 시판되는 아크릴 변성 에폭시 수지이었다. 그 수지재료는 자외선에 의해 경화되고, 열에 의해 완전히 경화되었다. 이 경우, 수지경화온도는 액정이 등방상은 나타내는 온도보다 높은 것이 바람직하다.

상기한 재료를 중량비로 액정 95%와 미경화 수지 5%로 혼합하였다. 이후, 이 혼합물을 액정혼합물이라 한다.

셀과 액정혼합물을 90℃로 가열하고, 진공하에서 셀에 주입한 후, 실온까지 서냉시켰다. 서냉후 실온에서의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 때, 수지재료는 셀내에 점형태로 존재하였다. 액정은 수지를 첨가하지 않은 액정재료와 마찬가지로 배향막을 러빙방향을 따라 1축배향을 나타냈고, 양호한 소광위가 얻어졌다.

이 셀에 자외선을 3∼30mW/㎠의 강도로 0.5∼5분간 조사하여(본 실시예에서는, 강도가 20mW/㎠, 조사시간의 1분이었다). 수지를 경화시켰다. 또한, 이 셀을 160℃로 유지된 오븐에서 2.5시간 가열하여 수지를 완전히 경화시켰다.

자외선조사에 의해 수지를 경화시키고 가열에 의해 수지를 완전히 경화시킨 후, 수지재료가 점형태로 존재하고, 액정은 배향막의 러빙항향을 따라 1축배향을 나타내었고, 양호한 소광위가 얻어졌음이 관찰되었다.

셀의 광학특성이 측정한 때, 100의 콘트라스트비를 갖는 전기광학장치로서의 충분한 특성을 얻을 수 있었다.

다음에, 셀의 기판을 벗기고, 액정을 알코올로 세정하여 제거하였다. 그리하여, 기둥형상으로 경화된 수지의 잔존상태를 SEM에 의해 관찰한 결과, 수지는 광학현미경으로 관찰한 것과 같이 기판상에서 점형태로 존재하는 기둥으로서 관찰되었고, 소자부분도 점형태로 존재하는 유사한 기둥으로서 관찰되었다.

열경화를 제외하고는 같은 조건으로 셀을 제작하고, SEM으로 기판상의 수지를 관찰하였다. 기판상의 거의 모든 부분에서 수지는 기둥형태로 경화된 수지로서 관찰될 수 있었다. 소자부분 및 그의 대향부분에서는 수지의 ㅎ,ㄴ적이 약간 관찰 되었으나, 기둥형태로 경화된 수지는 별견할 수 없었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수지를 사용함으로써, 상하부 기판을 기둥형태로 접착하는 것이 가능하다. 따라서, 특히 대면적의 액정전기광학장체에서 종래 문제가 되었던 기판간 거리의 유지를 확실히 할 수 있다. 또한, 액정의 층구조의 손상이나 표시얼룩 등의 발생을 억재하고, 장치를 세워 사용하는 것도 가능하게 되었다.

또한, 본 발명에 따르면, 액정재료에 미경화 수지재료; 즉, 모노머 또는 올리고머와 같은 수지구성재료와 반응개시제를 첨가함으로써, 종래의 액정전기광학장치에서 문제가 되었던 장치내부의 전하를 확실히 말소하는 것이 가능하다. 그 결과, 원하지 않는 전하에 의한 액정분자의 상태의 불안정성을 제거하고, 안정한 광학특성이 얻어질 수 있다.

그리하여, 표시얼룩, 계조 또는 색조의 경시변화, 플리커 등이 없는 고성능의 액정전기광학장치를 제공하는 것이 가능하다. 특히, 강유전성 액정을 사용하는 액정전기광학장치에서는, 단순 메트릭스형의 경우, 메모리 특성이 향상되고, 높은 콘트라스트가 얻어지며, 동작속도가 향상된다. 액티브 매트릭스형의 경우, 특히 TFT구동형의 경우, 높은 콘트라스트가 얻어질 수 있고, 높은 동작속도가 얻어질 수 있다. 네마틱 액정을 사용하는 액정전기광학장치에서도, 콘트라스트비 또는 표시상태가 개선될 수 있다.

또한, 액정에 수지구성재료를 첨가하지 않고 반응개시제만을 첨가한 경우에도, 종래의 액정전기광학장치에서 문제가 되었던 장치내부의 전하에 의한 액정분자의 여분의 상태변화를, 장치내에 존재하는 전하 자체를 반응개시제로부터의 전하에 의해 확실히 소멸시키는 것이 가능하고, 또한, 장치의 광학특성이 안정화되고, 플리커나 색조변화 없이 시분할구동이 가능한 고성능의 액정전기광학장치로 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 소멸시킬 여분의 전하(이것은 전하이동 캐리어를 이용하는 종래의 장치에서 문제가 되었다)가 발생되지 않기 때문에, 장시간에 걸친 장치의 광학특성의 안정화가 얻어질 수 있다. 본 발명은 액정전기광학장치를 위한 특성의 안정성에 크게 기여할 수 있다.

Claims

표면에 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 있는 한쌍의 기판과.

액정재료를 포함하고 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 전기광학 조절층을 포함하고,

상기 액정재료가 자외선 경화 재료와, 트위스티드 네마틱 액정과 수퍼트위스티드 네마틱 액정으로 이루어진 군으로부터 선택된 액정을 함유하고, 상기 자외선 경화 재료가 자외선에 의해 분열되고, 상기 자외선 경화 재료의 분열중에 상기 전기광학 조절층내에 존재하는 전하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제1항에 있어서, 상기 자외선 경화 재료가 반응개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제2항에 있어서, 상기 반응개시제가 상기 액정재료내에 0.001∼10 중량%로 첨가된 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제1항에 있어서, 상기 반응개시제가 자외선 여기 분열형 재료로 된 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제1항에 있어서, 상기 기판들중 하나에 박막트랜지스터가 제공된 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제1항에 있어서, 상기 액정재료가 카이랄제를 0.1∼3 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
표면에 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대향하고 있는 한쌍의 투광성 기판과,

액정재료를 포함하고 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 전기광학 조절층과,

상기 한쌍의 기판중 적어도 하나의 내측표면에서 일정한 방향으로 상기 액정재료를 배향시키기 위해 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 배향수단, 및

상기 배향수단 또는 상기 기판 또는 그들 모두에 접착결합되고, 상기 액정재료내에 혼합된 미경화 수지를 석출 및 경화시킴으로써 형성된 중합된 기둥형상 스페이서를 포함하고,

상기 액정재료가 자외선 경화 재료와, 트위스티드 네마틱 액정과 수퍼트위스티드 네마틱 액정으로 이루어진 군으로부터 선택된 액정을 함유하고, 상기 자외선 경화 재료가 자외선에 의해 분열되고, 상기 자외선 경화 재료의 분열중에 상기 전기광학 조절층내에 존재하는 전하를 포획하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제7항에 있어서, 전기광학장치의 기판표면으로부터 보았을 때 표시부분에서 경화된 수지가 차지하는 면적의 비율이 0.1∼20%인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제7항에 있어서, 상기 미경화 수지가 자외선 경화형 수지인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제7항에 있어서, 상기 수지가 아크릴 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제7항에 있어서, 상기 액정재료가 카이랄제를 0.1∼3 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제7항에 있어서, 상기 자외선 경화 재료가 반응개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
표면에 전극을 가지고 있고 그 전극을 내측으로 하여 서로 대항하고 있는 한쌍의 투광성 기판과, 액정재료를 포함하고 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 전기광학 조절층과, 상기 한쌍의 기판중 적어도 하나의 내측표면에서 일정한 방향으로 상기 액정재료를 배향시키기 위해 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 배향수단, 및 상기 배향수단 또는 상기 기판 또는 그들 모두에 접착결합되고, 상기 액정재료내에 혼합된 미경화 수지를 석출 및 경화시킴으로써 형성된 중합된 기둥형상 스페이서를 포함하고, 전기광학장치의 기판표면으로부터 보았을 때 표시부분에서 경화된 수지가 차지하는 면적의 비율이 0.1∼20%이고, 상기 액정재료가 자외선 경화 재료를 포함하며, 상기 자외선 경화 재료가 자외선에 의해 분열되고, 상기 자외선 경화 재료의 분열중에 상기 전기광학 조절층내에 존재하는 전하를 포획하는 것을 특징으로 하는 전기 광학장치.
제13항에 있어서, 상기 미경화 수지가 자외선 경화형 수지인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제13항에 있어서, 상기 수지가 아크릴 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제13항에 있어서, 상기 액정재료가 트위스티드 네마틱 액정과 수퍼트위스티드 네마틱 액정으로 이루어진 군으로부터 선택된 액정을 함유하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제16항에 있어서, 상기 액정재료가 카이랄제를 0.1∼3 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
제13항에 있어서, 상기 자외선 경화 재료가 반응개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
내측표면에 전극을 가지는 한쌍의 대향하는 기판들 사이에 액정재료와 자외선 경화재료의 액정혼합물을 채우는 단계와, 상기 자외선 경화재료를 분열시키는 단계를 포함하고, 상기 자외선 경화 재료가 자외선에 의해 분열되고, 상기 자외선경화재료의 분열중에 상기 대향하는 기판들 사이에 제공된 전기광학 조절층내에 재하는 전하를 포획하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.
제19항에 있어서, 상기 분열단계가 자외선을 조사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.
제19항에 있어서, 상기 액정재료가 트위스티드 네마틱 액정과 수퍼트위스티드 네마틱 액정으로 이루어진 군으로부터 선택된 액정을 함유하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.
내측표면에 전극을 가지는 한쌍의 대향하는 기판들 사이에, 자외선과 열에 의해 경화되는 미경화 수지와 액정재료의 액정혼합물을 채우는 단계와, 상기 액정혼합물로부터 상기 수지를 석출시키는 단계. 및 석출된 수지를 자외선과 열에 의해 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 수지가 상기 경화단계에 의해 분열되고, 상기 수지의 분열중에 상기 대향하는 기판들 사이에 제공된 전기광학 조절층내에 존재하는 전하를 포획하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.
제22항에 있어서, 상기 수지가 아크릴 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.
제22항에 있어서, 상기 수지가 반응개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기광학장치 제작방법.