KR940004568B1

KR940004568B1 - 카이랄 스멕틱 액정 소자

Info

Publication number: KR940004568B1
Application number: KR1019900006706A
Authority: KR
Inventors: 유끼오 하뉴우; 마사노부 아사오까
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤; 야마지 게이조오
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1994-05-25
Also published as: KR900018721A; EP0397153A2; ATE125957T1; DE69021258T2; DE69021258D1; EP0397153A3; ES2076252T3; EP0397153B1

Abstract

내용 없음.

Description

카이랄 스멕틱 액정 소자

제1a도는 본 발명에 따르는 액정 소자의 구체예의 개략 단면도이며, 제1b도는 한쌍의 기판에 제공된 마찰축을 예시하는 개략 평면도이다.

제2도는 나선구조를 갖는 카이랄스멕틱액정의 배열을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

제3도는 비나선구조를 갖는 카이랄스멕스액정의 배열상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

제4a도는 본 발명에 따라 배열된 카이랄스멕틱액정의 배열상태를 나타내는 개략단면도이며,

제4b도는 균일한 배열상태에서의 C-디렉터 배열의 예시도이고,

제4c도는 C-디렉터 배열의 벌어진 배열상태의 예시도이다.

제5a 및 5b도는 균일한 배열상태와 벌어진 배열상태 각각의 경사각θ를 예시하는 평면도이다.

제6도는 전하분포, 자발분극방향 Ps 및 역전장 Vrev의 방향을 나타내는 단면도이다.

제7도는 전장인가의 동안 및 후에 경사각θ의 변화를 예시하는 개략 평면도이다.

제8도 및 제9도는 종래 소자와 본 발명 각각에 따르는 광학반응특성을 나타내는 그래프이다.

제10도는 본 발명의 구체예에서 사용된 구동파형을 예시하는 파형도이다.

[발명의 분야 및 종래기술]

본 발명은 액정표시소자 또는 액정광학셔터 등에 사용되는 액정소자, 특히 강유전성 액정의 사용에 의한 액정소자, 더 구체적으로 액정분자의 초기배열(alignment : 정렬)의 개선을 통해 표시특성을 개선한 액정소자에 관한 것이다.

강유전성 액정분자의 굴절율 이방성을 이용함으로써 분극장치와 조합하여 빛의 투과를 조절하는 유형의 표시소자가 클라아크(Clark) 및 라저월(Lagerwall)에 의해 제안되었다(일본공개 특허 출원 No.107216/1981, 미국특허 No.4,367,924). 강유전성 액정은 비나선구조의 H상(SmH*)의 카이랄스멕틱 C상(SmC*)을 일반적으로 가지며, 이 상태하에서 거기에 가해진 전장에 반응하고, 전장의 부재시 그 상태를 유지하는 즉 쌍안정성인 제1광학안정상태와 제2광학안정상태중 어느 하나를 취하는 성질을 나타내며, 또한 전장의 변화에 신속한 반응을 갖는다. 따라서, 고속 및 메모리형 표시소자에 이용될 것이 예상되며 특히 큰 면적의 고해상도 표시를 제공할 것이 예상된다.

바람직한 구동특성을 나타내는 이러한 쌍안정성을 갖는 액정의 사용에 의한 광한 변조소자에 대해, 한쌍의 기판사이에 배치된 액정이 상기 두 안정상태간의 전환이 전장의 인가에 관계없이 효과적으로 일어날 수 있도록 하는 분자 배열상태에 있어야 함이 요구된다.

또한, 액정의 복굴절성을 이용하는 액정소자에서 직각교차 니콜하의 투과율은 다음 식으로 주어진다.

식 : I/Io=sin²4θㆍsin²(△nd/λ)π

Io : 입사광 강도

I : 투과광 강도

θ : 경사각

△n : 굴절율 이방성

d : 액정층의 두께

λ: 입사광의 파장

상기한 비나선구조의 경사각 θ은 제1배향상태 및 제2배향상태에서 비틀린 배열에서의 액정분자의 평균 분자축 방향간의 각의 2분의 1인 것으로 인식된다. 상기식에 따르면 22.5도의 경사각 θ이 최대투과율을 제공하며, 쌍안정성을 실현하기위한 비나선구조의 경사각은 바람직하게는 가능한한 22.5도에 가까워야 함을 나타낸다.

강유전성액정을 배열하는 방법은 바람직하게는 복수 분자의 스멕틱액정으로 각각 구성된 분자층이 수선에 따라 단축 배열되도록 되어야하며, 간단 생산단계만을 요하는 마찰처리에 의해 이러한 배열상태를 달성하는 바람직하다.

강유전성액정, 특히 비나선구조의 카이랄스멕틱 액정에 대한 배열방법으로서 미국특허 No.4,561,726에 개시된 것이 예로써 공지되어 있다.

그러나, 종래의 배열방법, 특히 마찰에 의해 처리된 폴리이미드 필름을 사용하는 것이, 클라아크 및 라저월에 의해 보고된 쌍안정성을 나타내는 비나선구조의 강유전성 액정의 배열을 위해 적용될때 다음의 문제들에 직면한다.

즉, 본 발명자의 실험에 따르면, 종래 기술의 배열조절 필름과의 배열에 의해 얻은 비구선구조를 가진 강유전성 액정에서의 경사각θ(이하 기술되는 제3도에 나타낸 각)이 나선구조를 갖는 강유전성 액정에서의 경사각

(각

는 이하 기술되는 제2도에 나타낸 원추체의 정점각의 2분의 1임)와 비교하여 더 작았음이 발견되었다. 특히, 종래기술의 배열조절필름으로 배열에 의해 얻는 비나선구조를 갖는 강유전성액정의 경사각θ는 일반적으로 3-8도 정도인 것으로 발견되었고, 그 때의 투과율은 기껏해야 약 3 내지 5%였다.

이와같이, 클라이크와 라저월에 따르면, 쌍안정성을 실현하는 비나선구조를 갖는 강유전성 액정에서의 경사각은 나선구조를 갖는 강유전성 액정에서의 경사각과 같은 각을 가져야 하나, 실제로 비나선구조에서의 경사각 θ는 나선구조에서외 경사각

보다 더 작다. 더 구체적으로, 비나선구조의 경사가 θ는 비나선구조에서의 액정분자의 비틀린 배열 때문에 경사각

보다 더 작게되는 것으로 발견되었다. 따라서, 비나선구조를 갖는 강유전성 액정에 있어서, 액정분자는 일정한 비틀림 각으로 상부 기판에 인접한 분자축으로부터 연속적으로 하부 기판에 인접한 분자축까지 비틀림을 가지고 배열된다. 이것이 비나선구조의 경사각θ가 나선구조의 경사각

보다 더 작은 현상을 이끈다.

또한, 마찰처리를 시킨 종래의 폴리이미드 배열필름에 의해 달성된 카리랄 스멕틱 액정의 배열상태에 있어서, 액정에 제1광학안정상태(예를 들면, 백색표시 상태)로부터 제2광학 안정상태(예를 들면, 흑색표시상태)로 전환하기 위한 단일 극성의 전압이 공급되고 그 다음 단일극성의 전압이 제거될 때, 강유전성 액정층에는 전극과 액정층간의 절연층으로서 폴리이미드 필름의 존재로 인해 역전장Vrev이 공급되고, 역전장 Vrev은 표시의 동안에 간상을 일으켰다. 상기한 역전장의 발생은 아끼오 요시다의 "SSFLC의 전환특성", "액정포럼을 위한 프리프린트, 1987년 10월", PP.142-143에 보고 되었다.

[발명의 개요]

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제들을 해결한 강유전성 액정소자, 특히 비나선구조의 카이랄 스멕틱 액정의 큰 경사각을 제공하고 높은 콘트라스트의 상을 표시할 수 있으면서 여전히 잔상은 없는 디스플레이를 제공하는 강유전성 액정소자를 제공한다.

본 발명의 주요한 면에 따르면, 기판중의 적어도 하나가 폴리이미드의 카르복실산-유래 부분내에 플루오르원자 또는 플루오르-함유기의 치환기를 가진 폴리이미드를 포함하는 배열 필름을 가진 한 쌍의 기판으로 이루어지는 액정 소자를 제공한다.

플루오르-함유 폴리이미드는 바람직하게는 일반식( I )-( Ⅷ )로 나타내는 구조 단위를 가진 것들로 부터 선택된다 :

여기서, ℓ은 1-3의 정수이고, m은 0또는 1-3의 정수이다.

여기서, R₂₁과 R₂₂는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 CH₃를 나타내고, 단 R₂₁과 R₂₂중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.

여기서, R₃₁, R₃₂, R₃₃과 R₃₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단, R₃₁, R₃₂, R₃₃및 R₃₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.

여기서, R₄₁,R₄₂, R₄₃과R₄₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단, R₄₁,R₄₂, R₄₃과R₄₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.

여기서, R₅₁,-R₅₉와 R₁₀,-R₁₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단 R₅₁,-R₅₉와 R₁₀,-R₁₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.

여기서, R₆₁은

,

또는

이고, n₁은 0 또는 1-7인 정수이고, R₆₂와 R₆₇은 각각 수소원자 또는 -CF₃이고, R₆₂-R₆₇은 각각 수소원자, 알킬기, 할로겐원자 또는 -CF₃이고, 단 R₆₂-R₆₇중의 적어도 하나는 n1=0일때 -CF₃이다.

여기서, R₇₁은

,

또는

이고, n₂은 0 또는 1-7인 정수이고, R₇₂와 R₇₇은 각각 수소원자 또는 -CF₃이고, R₇₃-R₇₆은 각각 수소원자, 알킬기, 할로겐원자 또는 -CF₃이고, 단 R₇₂-R₇₇중의 적어도 하나는 n2=0일때 -CF₃이다.

여기서, ℓ8, m8과 n8은 각각 0또는 1-3인 정수이고, 단 ℓ8+m8+n8

1이다.

본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면과 함께 본 발명의 바람직한 구체예에 대한 다음 설명을 고려할 때 더욱 명확해질 것이다.

제1a도는 본 발명에 따르는 액정 소자의 구체예의 개략 단면도이다.

액정소자는 In₂0₃, ITO(인듐 주석 산화물)등의 투명전극(12a 및 12b), SiO₂, TiO₂, Ta₂0₅, 등의 200-1000Å 두께 절연펄름(13a 및 13b), 그리고 상기한 플루오르-함유 폴리이미드의 50-1000Å 두께의 배열 조절 필름(14a 및 14b)으로 피복된 한쌍의 기판(유리판)(11a 및 11b)을 포함한다.

이 경우에, 배열 조절 필롬(14a 및 14b)는 서로 평행하고 같은 방향으로 (제1a도에 화살표 A로 표시됨) 마찰시킴으로써 처리되었다. 카이랄 스멕틱 액정(15)은 기판(11a 및 11b)사이에 배치되고, 기판(11a 및 11b)간의 간격은 기판(11a 및 11b)사이에 실리카, 알루미나등의 스페이서 비이드(16)를 배치함으로써 카이랄 스멕틱 액정(15)의 나선구조의 형성을 억제하여 카이랄스멕틱액정(15)이 쌍안정한 배열상태를 나타내기에 충분히 작은 두께(예를 들면, 0.1-3미크론)를 갖는 액정충(15)을 제공하도록 설정된다.

본 발명자의 실험에 따르면, 이후 기술된 실시예를 참조하여 설명하는 바와같이 마찰에 의해 처리된 특정한 폴리이미드 배열필름을 사용하는 배열 방법을 사용함으로써, 특히 미국 특허No.4,655,561등에 개시된 바와 같이 다중구동 동안에 비선택픽셀에 관하여, 밝은 상태와 어두운 상태간의 큰 광학적 콘트라스트를 제공하면서 또한 이러한 다중구동 동안에 전환의 시기에 디스플레이의 잔상문제를 가걱오는 광학적 반응의 지연이 없는 배열상태를 실현하였다.

본 발명에 사용되는 플루오르-함유 폴리이미드 필름은 카르복실산 우수물과 디아민과의 축합 반응을 통해 폴리아미드산을 합성하고, 이 폴리아미드산을 가열하에 고리화하여 얻을 수 있다.

상기한 일반식(I)-(Ⅷ)로 나타내는 구조 단위를 가진 폴리이미드를 제공하는데 적당히 사용되는 카르복실산 무수물의 예로는 다음의 것들을 들 수 있다.

일반식 ( I )의 폴리이미드에 대하여 :

I-(1) : 5, 5'-비스(트리플루오로메틸)-3, 3'-4, 4'-테트라카르복시벤조페논

I-(2) : 2, 2', 5, 5'-테트라(트리플루오로메틸)-3, 3'-4, 4'-테트라카르복시벤조페논

일반식( Ⅱ )의 폴리이미드에 대해

Ⅱ-(1) : 트리플루오로메틸-피로멜리트산 무수물

Ⅱ-(2) : 비스(트리플루오로메틸)피로멜리트산 무수물

Ⅱ-(3) : 플루오로피로멜리트산 무수물

일반식( Ⅲ )의 폴리이미드에 대해 :

Ⅲ-(1) : 5, 5' -비스(트리플루오로메틸)-3, 3', 4, 4' -테트라카르복시비페닐 무수물

Ⅲ-(2) : 2, 2'-5, 5'-테트라키스(트리플루오로메틸)-3, 3', 4, 4'-테트라카르복시비페닐 무수물

Ⅲ-(3) : 5, 5'-디플루오르-3, 3', 4, 4'-테트라카르복시비페닐 무수물

일반식( Ⅳ )의 폴리이미드에 대해 :

Ⅳ-(1) : 5, 5' -비스(트리플루오로메틸)-3, 3', 4, 4' -테트라카르복시비페닐 무수물

Ⅳ-(2) : 2, 2'-5, 5'-테트라(트리플루오로메틸)-3, 3', 4, 4'-테트라카르복시비페닐 에테르 무수물

Ⅳ-(3) : 2, 2'-비스(플루오로메틸)-3, 3', 4, 4'-테트라카르복시비페닐 무수물

Ⅳ-(4) : 5, 5'-비스(플루오로메틸)-2, 2', 3, 3'-테트라카르복시디페닐에테르 무수물

일반식( V )의 폴리이미드에 대해 :

V-(1) : 비스(디카르복시페녹시)-비스(트리플루오로메틸)비페닐

V-(2) : 비스(디카르복시페녹시)-테트라키스(트리플루오로메틸)비페닐

V-(3) : 비스[트리플루오로메틸)디카르복시페녹시]비페닐

V-(4) : 비스[(플루오로)디카르복시페녹시]비페닐

일반식( Ⅵ )의 폴리이미드에 대해 :

Ⅵ-(1) : 2, 2'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)-3-브로모페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅵ-(2) : 2, 2'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)-3.5-브로모페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅵ-(3) : 2, 2'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)-3.5-브로모페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅵ-(4) : 2, 2'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐]옥타플루오로부탄 무수물

Ⅵ-(5) : 2, 2'-비스[(4-(2-트리플루오로메틸-3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅵ-(6) : 1, 3'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅵ-(7) : 1, 5'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐]데카플루오로펜탄 무수물

Ⅵ-(8) : 1, 6'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐]도데카플루오로헥산 무수물

Ⅵ-(9) : 1, 7'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)페닐) 데카플루오로펜탄 무수물

VI(10) : 1,5-비스[4-(3,4-디카르복시벤조일옥시)-3,5-디브로모페닐) 데카플루오로펜탄 무수물

Ⅵ-(11) : 1, 5'-비스[(4-(3, 4-디카르복시벤조일옥시)-3, 5-비스트리플루오로메틸페닐]데카플루오로펜탄 무수물

Ⅵ-(12) : 1, 5'-비스[(4-(2-트리플루오로메틸-3, 5-디카르복시벤조일옥시페닐]데카플루오로펜탄 무수물

일반식(Ⅶ)의 폴리이미드에 대해 :

Ⅶ-(1) : 1, 5-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]데카플루오로펜탄 무수물

Ⅶ-(2) : 1, 6-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]도데카플루오로헥산 무수물

Ⅶ-(3) : 1, 7-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]데트라데카플루오로헵탄 무수물

Ⅶ-(4) : 1, 5-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)]-3, 5-디브로모페닐]데카플루오로펜 무수물

Ⅶ-(5) : 1, 5-비스[3, 4-디카르복시페녹시)-3, 5-비스트리플루오로메틸페닐]데카플루오로펜탄 무수물

Ⅶ-(6) : 1, 5-비스[4-(3, 4-디카르복시-2-트리플루오로메틸페녹시)페닐]데카플루오로펜탄 무수물

Ⅶ-(7) : 2, 2-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시-2-브로모페닐)]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅶ-(8) : 2, 2-비스[4-3, 4-디카르복시페녹시)페닐]-3, 5-디보로모페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅶ-(9) : 2, 2-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]-3, 5-디페닐페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅶ-(10) : 2, 2-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]옥타플루오로부탄 무수물

Ⅶ-(11) : 2, 2-비스[4-(3, 4-디카르복시-2-트리플루오로메틸페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅶ-(12) : 1, 3-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 무수물

Ⅶ-(13) : 2, 2-비스[4-(3, 4-디카르복시페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 무수물

일반식(Ⅷ)의 폴리이미드에 대해 :

Ⅷ -(1) : 비스(디카르복시페닐)-트리플루오로메틸벤젠 무수물

Ⅷ -(2) : 비스(디카르복시페닐)-비스(트리플루오로메틸)벤젠 무수물

Ⅷ -(3) : 비스(디카르복시페녹시)-테트라키스(트리플루오로메틸)벤젠 무수물

Ⅷ -(4) : 비스(트리플루오로메틸)디카르복시페녹시]벤젠 무수물

Ⅷ -(5) : 비스(트리플루오로메틸)디카르복시페녹시](트리플루오로메틸)벤젠

본 발명에 사용되는 디아민의 예로는 m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, m-크실렌디아민, p-크실렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3', 5,5-(-테트라메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-비스(4-아미노페닐)프로판, 4,4'-메틸렌디아닐린, 벤지딘, 4,4', 4,4'-디아미노디페닐 술피드, 4,4'-디아미노디페닐 술폰 1,5-디아미노나프탈렌, 3, 3'-디메틸벤지딘 및 3,3'-디메톡시벤지딘을 들 수 있다.

상기한 디아민 외에도 플루오르-함유 디아민도 사용될 수 있는데, 그 예로는 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오르프로판, 2,2-비스[4-(2-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(2-아미노페녹시-3.5-디메틸페닐]헥사플루오르 메틸페녹시 p-비스(4-아미노-2-트리플루오로메틸페녹시)벤젠, 4,4'-비스(4-아미노-2-트리플루오로메틸페녹시)비페닐, 4,4'-비스(4-아미노-3-트리플루오로메틸페녹시)비페닐, 4,4'-비스(4-아미노-2-트리플루오로메틸페녹시)디페닐술폰, 4,4'-비스(3-아미노-5-트리플루오로메틸페녹시)디페닐 술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-2-트리플루오로메틸페녹시)페닐]헥사플루오르프로판 및 4,4'-비스[(4-아미노페닐]헥사플루오로프로판을 들 수 있다.

본 발명에서, 상기한 카르복실산 및/ 또는 디아민은 2종 또는 그 이상의 혼합물로서 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서, 다음과 카르복실산 무수물은 상기한 플루오르함유 카르복실산 무수물과 함께 사용되어 폴리이미드 공중합체를 만들 수 있다; 예를 들면 피로멜리트산 무수물, 나프탈렌테트라카르복실산 무수물, 3,3', 4,4'-디페닐테트라카르복실산 무수물, 1,2,5,6-나프탈렌테트라카르복실산 무수물, 2,2', 3,3'-디페닐테트라카르복실산 2무수물, 티오펜-2,3,4,5-테트라카르복실산 무수물, 2,2-비스(3,4-비스카르복시페닐)프로판 무수물, 3,4-디카르복시페닐 술폰 무수물, 페릴렌-3, 4, 9, 10-테트라카르복실산 무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐)에테르 무수물 및 3,3', 4,4'-벤조페논테트라카르복실산 무수물을 들 수 있다.

기판상에 폴리이미드 필름을 형성하기 위해, 0.01-40중량%의 농도로 디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드, 디메틸술폭시드 또는 N-메틸피롤리돈과 같은 용매중의 폴리이미드의 전구체로서의 폴리아미드산의 용액을 스피너피복, 분무피복, 로울러피복 등에 의해 기판상에 적용하고, 100-350℃, 바람직하게는 200-300℃ 에서 가열하여 탈수소-고리화를 일으킬 수 있다. 이와같이 형성된 폴리이미드 필름을 헝겊으로 마찰시킬 수 있다. 폴리이미드필름은 절연필름으로서도 또한 작용하도록 예를들면 30Å-1미크론, 바람직하게는 200-2000Å 의 두께로 형성할 수 있다.

이 경우에, 절연필름(13a 또는 13b)는 생략할 수 있다. 또한, 절연필름(13a 또는 13b)상에 폴리이미드필름을 형성하는 경우에 폴리이미드 필름 두께는 200Å 또는 그 미만, 바람직하게는 100Å 또는 그 미만으로 설정할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 액정물질은 바람직하게는 온도가 감소하는 동안에 이방성상으로부터 콜레스테릭상과 스멕틱 A상을 통해 카이랄스멕틱 C상으로 상전이를 나타내는 것일 수 있다.

특히, 카이랄스멕틱액정은 콜레스테릭상에서 0.8미크론 또는 그 이상의 나선 피치(콜레스테릭 범위의 중간 온도에서 측정한것)를 나타내는 것이 될 수 있다. 이러한 액정물질의 바람직한 예로는 표시한 중량비율로 다음의 액정 "LC-1" " 80B " 및 "80SI^*"을 포함하는 아래의 액정물질(1)-(5)를 포함할 수 있다.

LC-1

80B

80SI^*

액정물질

(1) (LC-1)₉₀/ (80B)₁₀

(2) (LC-1)₈₀/ (80B)₂₀

(3) (LC-1)₇₀/ (80B)₃₀

(4) (LC-1)₆₀/ (80B)₄₀

(5) (80SI^*)₁₀₀

제1b도는 본 발명에 따르는 액정 소자의 또 다른 바람직한 구체예를 예시하는 개략 평면도이다. 이 소자는 화살표 2A의 방향으로 제공된 마찰축을 갖는 보는 위치에 더 가까운 한 기판과, 2-15도, 바람직하게는 3-12도의 범위의 교차각으로 마찰축 2A와 교차하는 화살표 2B의 방향으로 마찰축을 갖는 보는 위치에서 더 먼 다른 기판을 포함하는 한쌍의 기판을 포함한다.

특히 바람직한 구체예에서, 마찰축 2A는 마찰축 2B에 관하여 시계반대방향으로 교차각 θx을 형성하도록 배치한다.

제2b도는 그 작동을 설명하기 위한 강유전성 액정셀(소자)의 개략 예시도이다. 참고 숫자 21a와 21b는 예를들면 In₂0₃, SnO₂, ITO(인듐-주석-산화물)등의 투명 전극이 각각 배치되어 있는 기판(유리판)을 나타낸다. 액정분자층(22)이 유리판의 표면에 수직으로 배열되어 있는 SmC^*-상(카이랄스멕틱 C상) 또는 SmH^*-상(카이랄스메틱 H상)의 액정은 그들간에 밀봉하여 배치한다. 실선23은 액정 분자를 나타낸다. 각 액정 분자(23)는 축에 수직인 방향으로 쌍극자 모멘트(P⊥)(24)를 갖는다.

액정분자(23)는 연속적으로 기판의 연장방향으로 나선구조를 형성한다. 일정한 문턱수준보다 더 높은 전압을 기판(21a와 21b)에 형성된 전극간에 가할때, 액정분자(23)의 나선구조는 풀려서 각각의 액정분자(23)의 배열방향을 변화시키고, 이로써 쌍극자 모멘트(P⊥)(24)가 모두 전장의 방향으로 향하게 된다. 액정분자(23)는 긴 형상을 가지며 장축과 단축간의 굴절 이방성을 나타낸다. 따라서, 예를들면 교차 니콜 관계로 배열된 즉, 서로 교차하는 편광방향을 갖는 편광자가 유리판의 상부 및 하부 표면에 배치될때, 이와같이 배열된 액정셀은 광학특성이 인가된 전압 극성에 따라 변하는 액정 광학 변조 소자로서 작용한다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

또한, 액정셀이 충분히 얇게(예를들면, 0.1-3미크론)만들어질때, 액정분자의 나선구조가 풀려 전장의 부재하에서도 비나선구조를 제공하며, 이로써 쌍극자모멘트는 두 상태, 즉 제3도에 나타전 바와같이 상부방향(34a)에 Pa 또는 하부방향(34b)에 Pb의 두상태중 하나를 나타내어 쌍안정성 조건을 제공한다. 제3도에 나타낸 바와같이 문턱수준보다 더 높고 극성이 서로 다른 전장 Ea 또는 Eb를 상기한 특성을 가지는 셀에 인가할때, 쌍극자 모멘트는 전장 Ea 또는 Eb의 벡터에 따라 상부방향 34a나 아니면 하부방향 34b로 향하게 된다. 이것과 일치하여 액정분자는 제1안정상태(33a) 및 제2안정상태(33b)의 어느쪽으로도 배향된다.

이러한 강유전성 액정셀을 사용함으로써 달성되는 첫번째 이점은 반응속도가 아주 빠르다는 것이며, 두번째 이점은 액정의 배향이 쌍안정성을 나타낸다는 것이다. 이 두번째 이점은 예를들면 제3도를 참조하여 더 설명할 것이다. 전장Ea를 액정 분자에 인가할때, 그것들을 제1안정상태(33a)로 배향된다. 이 상태는 전장이 제거될지라도 안정되게 보유된다. 한편, 전장Ea와 방향이 반대인 전장Eb를 거기에 인가하면, 액정분자는 제2안정상태(33b)로 배향되어 이로써 분자의 방향이 변화된다. 이 상태는 전장이 제거될지라도 마찬가지로 안정하게 유지된다. 또한, 인가되는 전장 Ea 또는 Eb의 크기가 일정한 문턱값 이상이 아닌한, 액정분자는 각각의 배향상태에 놓인다.

제4a도는 본 발명에 의해 달성된 액정분자의 배열상태를 나타내는 개략 단면도이며, 제4b도는 해당 C-디렉터의 배열을 나타내는 도면이다.

제4a도에서 참고 숫자 61a 및 61b는 각각 상부 및 하부 기판을 나타낸다. 숫자 60은 액정분자(62)로 구성된 분자층을 나타내며 이 카이랄 스멕틱 액정의 분자층은 도시된 바와같이 기판에 대하여 경사져 있고 휘어져 있다. 액정분자(62)는 원추체(64)의 바닥면(64)(원형)을 따라 그것들의 위치를 변화하도록 배열된다.

제4b도는 더 상세하게 C-디렉터의 변화에 나타낸다. 제4b도를 참조하면, U₁에서 C-디렉틱(81)는 (각각은 분자층(60)에 대한 수선에 수직인 가상평면상위에 분자 장축의 투사임)는 하나의 안정한 배향상태로 나타나 있고 U₂에서 C-디렉터(81) 나머지 다른 안정한 배향상태로 나타나 있다.

한편, 종래의 마찰처리된 폴리이미드필름에 의해 달성되는 배열상태는 제4c도의 C-디렉터 다이어그램으로 표시될 수 있는데, 이것은 분자축이 상부기판(61a)로부터 하부기판(61b)으로 큰 각으로 비틀려 더 작은 경사각 θ를 제공하는 배열상태를 나타낸다.

제5a도는 C-디랙터(81)가 제4b도에 나타낸 상태를 나타내는 배열상태("균일배열상태"라함)에서의 경사각 θ를 예시하는 개략 평면도이며, 제5b도는 C-디렉터(81)가 제4c도에 나타낸 상태를 나타내는 배열상태("벌어진배열상태"라함)에서의 경사각 θ를 예시하는 개략 평면도이다. 이들 도면에서, 참고숫자 50은 상기한 플루오르-함유 폴리이미드필름에 제공된 마찰축을 나타내고, 참고숫자 51a는 배향상태 U₁에서의 평균 분자축을 나타내며, 참고숫자 51b는 배향상태 U₁에서의 평균분자축을 나타내고, 숫자 52a는 배향상태 S₂에서의 평균분자축을 나타내며, 숫자 52b는 배향상태 S₂에서의 평균분자축을 나타낸다. 평균분자축(51a 및 51b)은 상호 반대극성의 전압을 인가함으로써 서로 전환될 수 있다. 유사한 전환이 평균분자축(52a 및 52b)사이에서 일어난다.

다음에, 역전장 Verv로 인한 광학반응의 지연(잔상)에 관하여 균일한 배열상태의 효과를 설명한다. 만일 액정셀을 구성하는 절연층의 용량을 Ci로 나타내고, 액정층의 용량은 C_LC로 나타내고 액정의 자발분극은 P_S로 나타낸다면, 잔상을 일으키는 Vrev는 다음식으로 표현된다.

Vrev= 2P₂(Ci +C_LC)

제6도는 액정셀에서 P₂의 전하분포방향과 역전장방향의 변화를 예시하는 개략 단면도이다. 제6a도에는 펄스전장의 인가전의 메모리상태에서의

및

전하의 분포가 나타나 있으며, 이 도면에서 자발분극은

전하로부터

전하로 향한다. 제6b도에는 펄스전장의 제거직후의 상태가 나타나 있는데, 이때 자발분극 Ps의 방향은 제6a도에서 나타낸것과 반대이지만(따라서, 액정분자는 하나의 안정한 배향상태에서 나머지 다른 배향상태로 전환된다).

및

전하의 분포는 제6a도에 나타낸것과 유사하며, 따라서 제6b도에 도시된 화살표에 의해 지적되는 것과 같이 역전장 Vrey가 발생한다.

역전자 Vrev는 단지간에 사라져 제6c도에 나타낸 바와같은

및

전하의 분포를 제공한다. 제7도는 경사각 θ의 변화에 의하여 종래 폴리이미드 배열필름에 의해 주어진 벌어진 배열상태에서의 광학반응의 변화를 나타내는 평면도이다. 제7도를 참조하면, 펄스전장의 인가시기에, 액정분자의 배향은 지나치게 벌어진 배열상태의 평균분자축 S(A)로부터 화살표(X₁)에 의해 표시된 통로를 따라 최대 경사각

를 제공하는 것에 가까운 균일한 배열상태에서의 평균분자축 U₂로 변환되면, 펄스 전장의 제거직후, 배향은 화살표(X₂)로 나타낸 통로를 따라 제6b도에 나타낸 역전장 Vrev의 작용으로 인해 감소된 경사각 θ를 제공하는 벌어진 배열상태의 평균 분자축 S(B)로 변화된다. 다음에 제6c도에 나타내 바와같이 역전장 Vrev이 약해짐에 따라, 배향은 화살표(X₃)로 표시된 통로를 따라 다소증가된 경사각

를 갖는 안정한 배향상태를 제공하는 벌어진 배열상태의 평균분자축 S(C)으로 변화된다.

본 발명의 상기한 플루오르-함유 폴리이미드필름을 사용함으로써 주어진 배열상태애서, 제7도에 나타낸 벌어진 배열상태의 평균분자축 S(A), S(B) 및 S(C)는 발생하지 않으나, 최대 경사각

에 가까운 경사각를 제공하는 평균분자축을 갖는 배열상태를 형성하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르는 이 시기에서의 광학 반응은 제9도에 나타나 있다. 제9도는 잔상을 일으키는 광학반응의 지연이 제거되고 메모리상태에 있어서 높은 콘트라스트가 발생되는 것을 나타낸다.

이후, 본 발명을 실시예를 근거로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

각각 1000 두께의 ITO 필름이 부착되어 있는 1.1mm 두께의 2개의 유리판에, N- 메틸피롤리돈/n-부틸셀로솔브의 5/1의 혼합용매중의 하기식으로 표시되는 폴리아미드산의 3.0 중량% 용액으로, 3000rpm에서 30분동안 스피너 회전에 의하여 피복하였다.

[n (중합도) =700-2000]

피복후, 필름을 250℃에서 약 1시간동안 가열하에 경화시켜 450Å두께 필름을 형성하였다. 그 다음 피복 필름을 나일론 헝겊으로 한 방향으로 마찰시켰다.

이와같이 처리된 두개의 유리판 중 하나에 1.5 미크론 알루미나비이드를 분산시키고, 다른 유리판을 그 위에 겹쳐 마찰축이 서로 평행하고 같은 방향으로 배열하여 블랭크셀을 형성하였다.

블랭크셀을 진공하에 강유전성 스멕틱액정("CS-1014"(상표), Chisso K.K에서 구입됨)으로 채우고, 밀봉후 30℃ 에서 5℃/ 시간의 속도로 등방성상으로부터 점차 냉각시켜 배열을 실행하였다. 셀의 "CS-1014" 액정은 다음의 상전이 계열을 나타내었다.

Iso 등방성상, Ch : 콜레스테릭상, SmA : 스멕틱 A상, SmC* : 카이랄 스멕틱 C상, 그 후 실험을 25℃ 에서 수행하였다.

상기 제조된 액정 셀을 한쌍의 90도-교차니콜 편광기 사이에 끼워서 액정소자를 제공하고 50μsec 및 30V의 펄스를 공급하였다. 다음에, 교차니콜 편광기를 소등위치로 놓고(가장 어두운 상태 제공), 이때의 액정 소자를 통한 투과율을 광전증배관으로 측정하였다. 다음에, 50 sec 및 30V의 펄스를 소자에 가하고, 이때의 투과율(가장 밝은 상태)을 같은 방법으로 측정하여 이로써 다음의 데이타를 얻었다.

경사각 θ=15도, 가장 밝은 상태에서의 투과율=44%, 가장 어두운 상태에서의 투과율=1%, 콘트라스트비 = 44 : 1. 잔상을 일으키는 광학반응의 지연은 0.2초 또는 그 이하 이었다.

액정소자를 제10도에 나타낸 구동파형을 사용하여 디스플레이를 위한 다중구동을 시켜서, 높은 콘트라스트의 고품질의 디스플레이를 얻었다. 또한, 정해진 문자상의 상 디스플레이 후에, 전체 화면영역을 "백색"으로 지웠고, 결과 잔상은 인지되지 않았다. 제10도를 참조하면, S_N, S_N+1및 S_N+2은 주사라인에 가해진 전압파형을 나타내며, I은 대표적인 데이타라인에 가해진 전압파형을 나타내고, (I-S_N)은 데이타라인 I와 주사라인 S_N에 가해진 합한 전압파형을 나타낸다. 위의 구체예에서, 추진은 V_O=5-8볼트 및 T=20-77μsec 의 조건하에서 수행했다.

[실시예 2-48]

액정셀을 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조하되 표1에 나타낸 배열 조절 필름(식들로 표시된 전구체 폴리아미드산에 의함)과 액정 물질을 사용하였다.

각각의 셀을 실시예 1에서와 같은 방법으로 시험하였고, 이로써 후기하는 표2에 나타낸 광학반응에서의 콘트라스트 비와 지연시간의 측정 데이타를 얻었다. 각각의 셀을 실시예1에서와 같은 방법으로 디스플레이를 위한 다중구동을 시켜, 이로써 콘드라스트와 잔상에 관하여 마찬가지의 결과를 얻었다.

[표 1a]

[표 1b]

[표 1c]

[표 1d]

[표 1e]

[표 1f]

[표 1g]

[표 1h]

[표 1i]

[표 1j]

[표 1k]

[표 1l]

[표 2a]

[표 2b]

[비교실시예 1-4]

액정셀을 실시예1에서와 같은 방법으로 제조하되 표3에 나타낸 배열 조절필름(중합도가 각각 700-2000의 범위인 시중 구입되는 전구체 폴리아미드산바니시에 의함)과 액정물질을 사용하였다. 각 셀에 대해 측정한 콘트라스트비와 광학반응의 지연의 측정 데이타를 이하 표4에 나타내었다.

[표 3]

[표 4]

[실시예 49-96]

액정 셀을 각각 실시예 1-48에서와 같은 방법으로 제조하되 각 셀에 대해 한쌍의 기판을 배치하여 그것들의 마찰축을 제1b도에 나타낸 것과 같이 -6도의 시계반대방향 교차각도로 서로 교차하도록 하였다.

위에서 제조된 각각의 셀을 각각 실시예 1-48에서와 같은 방법으로 시험하여 이로써 이하 표5에 나타낸 측정 데이타를 얻었고, 실시예 1-48의 해당셀과 비교하여 현저히 개선된 콘트라스트비를 나타내었다.

[표 5a]

[표 5b]

[비교예 5-8]

액정 셀을 아래의 표 6에 도시된 물질을 사용하여, 비교예 1 내지 4와 동일한 방식으로 각각 제조하였고, 단, 각 셀에 대하여 한쌍의 기판을 배치하여 그것들의 마찰축을 제1b도에 도시된 바와 같이, -6도의 시계반대방향의 교차각도로 상호 교차 하도록 하였다.

상기와 같이 제조된 각각의 셀을 각각 비교예 1 내지 4와 동일한 방식으로 시험함으로써, 아래의 표7에 도시된 바와 같은 측정 데이타를 얻었다.

[표 6]

[표 7]

위의 실시예와 비교실시예로부터 명백한 바와같이 본 발명에 따라, 밝은 상태와 어두운 상태간의 높은 콘트라스트, 특히 다중구동시 매우 큰 디스플레이 콘트라스트를 포함하는 고품질의 디스플레이가 제공되고 보기 싫은 잔상이 없는 액정장치를 얻을 수 있다.

Claims

한쌍의 기판과 이 기판사이에 배치된 다수의 액정분자를 각각 포함하는 다수의 분자층에 배열된 카이랄 스멕틱 액정을 포함하고; 상기 기판중 적어도 하나의 폴리이미드의 카르복실산-유래 부분에 플루오르 원자 또는 플루오르-함유기를 갖는 하기 일반식(Ⅰ)- ( Ⅷ )로 나타내는 구조단위중 적어도 하나를 가지는 폴리이미드를 포함하는 배열필름을 그위에 갖고; 상기 카이랄 스멕틱 액정의 분자층은 상기 두 기판에 대하여 경사져 있고 상기 기판사이에 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 액정소자.

(식중, ℓ은 1-3의 정수이고, m은 0또는 1-3의 정수이다.)

(식중 R₂₁과 R₂₂는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CH₃이고, 단, R₂₁과 R₂₂중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.)

(식중 R₃₁, R₃₂, R₃₃과 R₃₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단, R₃₁, R₃₂, R₃₃및 R₃₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.)

(식중 R₄₁,R₄₂, R₄₃과R₄₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단, R₄₁,R₄₂, R₄₃과R₄₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.)

(식중 R₅₁, -R₅₉와 R₁₀,-R₁₄는 각각 수소원자, 플루오르원자 또는 -CF₃이고, 단 R₅₁,-R₅₉와 R₁₀,-R₁₄중 적어도 하나는 플루오르 원자 또는 -CF₃이다.)

(식중 R₆₁은
,
또는
이고, n₁은 0 또는 1-7인 정수이고, R₆₂와 R₆₇은 각각 수소원자 또는 -CF₃이고, R₆₂-R₆₇은 각각 수소원자, 알킬기, 할로겐원자 또는-CF₃이고, 단 R₆₂-R₆₇중의 적어도 하나는 n1=0일때 -CF₃이다.)

(식중 R₇₂은
,
또는
이고, n₂은 0 또는 1-7인 정수이고, R₇₂와 R₇₇은 각각 수소원자 또는 -CF₃이고, R₇₃-R₇₆은 각각 수소원자, 알킬기, 할로겐원자 또는 -CF₃이고, 단 R₇₂-C₇₇중의 적어도 하나는 n2=0일때 -CF₃이다.)

(여기서, ℓ8, m8과 n8은 각각 0또는 1-3인 정수이고, 단 ℓ8+m8+n8
1이다.)
제1항에 있어서, 상기한 폴리이미드 필름이 단축배열처리시킨 것은 것을 특징으로 하는 액정소자.
제2항에 있어서, 상기한 단축배열처리가 마찰시키는 것인 것을 특징으로 하는 액정소자.
제2항에 있어서, 단축배열처리시킨 폴리이미드 필름이 차례로 기판위에 배치되어 있는 전극상에 절연필름은 매개로 하여 배치된 것인 것을 특징으로 하는 액정소자.
제4항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름의 두께가 50-1000 이고, 상기 절연필름의 두께가 200-1000Å인 것을 특징으로 하는 액정소자.
제4항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름의 두께가 100Å 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 액정소자 .
제4항에 있어서, 단축배열처리시킨 상기 폴리이미드 필름이 상기 기판 쌍의 각각 위에 배치되어 있는 전극상에 절연필름을 매개로 하여 배치되어, 결과로 형성된 폴리이미드 필름 쌍이 서로 평행인 단축배열 처리 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제7항에 있어서, 폴리이미드 필름 쌍들이 서로 평행하고 서로 동일한 단축배열 처리 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자.
한쌍의 기판과 이 기판사이에 배치된 다수의 액정분자를 각각 포함하는 다수의 분자층에 배열된 카이랄스멕틱 액정을 포함하고; 상기 기판중 적어도 하나의 폴리이미드의 카르복실산-유래부분에 폴루오르 원자 또는 플루오르-함유기를 갖는 폴리이미드를 포함하는 배열필름을 그위에 갖고; 상기 카이랄스멕틱 액정의 분자층은 상기 두 기판에 대하여 경사져 있고 상기 기판사이에 휘어져 있고; 상기 폴리이미드의 필름은 단축배열처리되어 있고, 이 단축배열처리된 폴리이미드의 필름은 상기 기판쌍의 각각 위에 배치되어 있는 적극상에 절연필름을 매개로 배치되어, 결과로 형성된 폴리이미드 필름쌍이 2-15도의 교차각으로 서로 교차하는 단축 배열처리방향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제9항에 있어서, 상기한 교차각이 3-12도인 것을 특징으로 하는 액정소자.
한쌍의 기판과 이 기판사이에 배치된 다수의 액정분자를 각각 포함하는 다수의 분자층에 배열된 카이랄스멕틱 액정을 포함하고; 상기 기판중 적어도 하나는 폴리이미드의 카르복실산-유래부분에 플루오르원자 또는 플루오르-함유기를 갖는 폴리이미드를 포함하는 배열필름을 그위에 갖고; 상기 카이랄스맥틱 액정의 분자층은 상기 두 기판에 대하여 경사져 있고 상기 기판사이에 휘어져 있고; 상기 폴리이미드의 필름은 단축배열처리되어 있고, 이 단축배열처리된 폴리이미드의 필름은 상기 기판쌍의 각각 위에 배치되어 있고, 결과로 형성된 폴리이미드 필름쌍에 제공된 단축배열처리축의 방향은 보는 위치로부터 더 가까운 기판중의 하나 위에 배치된 폴리이미드 필름에 제공된 단축배열처리축이 보는 위치로부터 더 먼 나머지 다른 기판위에 배치된 폴리이미드 필름에 제공된 단축배열처리축으로 부터 반시계방향으로 2-15도 각도를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정소자.
제11항에 있어서, 반시계 방향각이 3-12도 범위내인 것을 특징으로 하는 액정소자.
제1항에 있어서, 상기 기판쌍이 카이랄 스멕틱액정의 나선형 배열구조의 형성을 억제하기에 충분한 작은 간격을 갖도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제13항에 있어서, 상기 카이랄 스멕틱 액정이 적어도 두개의 다른 안정한 배향 상태를 형성하도록 스멕틱 A상을 제공하는 범위보다 더 높은 온도로 부터 냉각시킨것인 것을 특징으로 하는 액정소자.