KR20090130876A

KR20090130876A - 액정 디바이스 및 액정 디바이스의 구동방법

Info

Publication number: KR20090130876A
Application number: KR1020097024543A
Authority: KR
Inventors: 하지메 이케다
Original assignee: 나노 로아 인코포레이티드
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2009-12-24
Also published as: US20100177027A1; WO2008146867A1; EP2151707A1; TW200907471A; EP2151707A4; CN101669062A; JP2008292851A

Abstract

내측에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 그 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 포함하는 액정소자와, 그 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스에 관한 것으로, 상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어한다. 광학반응속도를 높였을 경우에도 표시품질을 실질적으로 유지할 수 있는 액정 디바이스 및 그 구동방법을 제공할 수 있다.

액정 디바이스, 액정소자

Description

액정 디바이스 및 액정 디바이스의 구동방법{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND METHOD FOR DRIVING LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 액정 디바이스(예를 들어, 고속응답이 가능한 PSS-LCD(분극차폐형 스멕틱(smectic) 액정표시) 기술을 이용하는 액정 디바이스), 및 액정 디바이스의 구동방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 광학응답속도를 높였을 경우에도 표시품질을 실질적으로 유지할 수 있는 PSS-LCD 액정 디바이스, 및 PSS-LCD 액정 디바이스의 구동방법에 관한 것이다(본 발명자들의 연구 그룹이 개발한 이 'PSS-LCD'의 상세한 기술에 대해서는 예를 들어, 일본특허공표공보 2006-515935호를 참조할 수 있다).

일반적으로 액정 디바이스(표시장치)는, 각각의 내측(액정재료가 끼워지는 쪽)에 투명전극을 설치한 한쌍(2장)의 글라스 기판으로서, 수㎛ 정도의 갭을 두고 마주보는 것의 사이에 액정재료가 충전된 구조를 가지고 있다. 이 한쌍의 전극 사이에 전압을 걸면 액정의 배향상태에 변화가 생기고, 따라서 그 액정재료의 층을 통과하는 광의 상태가 제어되어서, 통과하는 광의 양의 차에 의해 나타내어지는 소정의 패턴이 표시된다. 즉, 종래부터 액정 디바이스에서는, 상기한 한쌍의 전극 사이에 인가하는 전압을 조절함으로써 액정재료를 구성하는 액정분자의 배향이 조절 되게 되어 있었다.

하지만, 종래의 액정 디바이스에서는, 광학응답속도를 높였을 경우에 표시품질의 저하를 피할 수 없다는 결점을 가지고 있었다.

일반적으로, 현재 제품화된 액정 디스플레이의 대부분은 TFT 소자를 이용한 액티브 매트릭스 구동에 의해 표시를 하고 있다. 이 TFT 타입의 액정소자에서는, 액정패널의 각 화소의 제어용으로 TFT와 부가 콘덴서를 1 대 1로 대응시켜서 시동(始動)을 고속화하는 동시에 메모리성을 가지게 한다. TN(Twisted Nematic: 트위스티드 네마틱)형 액정의 응답성 악화가 해결되고, 게다가 투과광의 간섭에 근거한 '착색'이 눈에 띄지 않는다는 특징을 가지고 있다.

매트릭스 구동에서는 격자형상으로 배열된 화소에 대하여 가로, 세로방향의 전극을 배치하고, 그 전극을 선택하여 전압을 걸어서, 가로세로의 전극이 모두 선택되어 전압이 걸려 있는 화소를 구동한다. 이 방식에 의하면, 화소가 나열되어 있는 행수와 열수의 합의 전원배선만 있으면 되기 때문에 배선수를 대폭 줄일 수 있다. 액티브 매트릭스 구동에서는, 액정 셀 화소의 하나하나에 TFT와 부가용량을 접속하고, 이것들을 통하여 각 화소를 제어한다. 이러한 구조에 의해 부가용량에 전하가 축적되고, 메모리성을 가지기 때문에 TFT 고속 스위칭 회로와의 조합에 의해 실질적인 드라이버 전압 인가 시간을 비약적으로 줄일 수 있다.

즉, 상술한 액티브 매트릭스 구동에서는, 통상은 표시를 구성하는 화소 하나하나의 전압값을 조정하여 화상의 농담을 표시하는 제어 즉, 전압에 의해 액정분자의 배향을 제어한다. TFT 소자를 이용한 액티브 매트릭스 구동에서는, 게이트에 고 전압을 부여함으로써 소스측으로부터 드레인측으로 전류를 흘리고, 소스측과 드레인측을 같은 전위로 한다. 그리하여, 게이트에 부여된 고전압을 제거함으로써 소스측과 드레인측이 고저항에서 떼어지기 때문에, 드레인측의 전압이 유지되는 메커니즘으로 되어 있다(이 경우, 게이트에 고전압을 부여하고 있는 시간을 게이트 온 시간이라고 한다). 한편, 강유전성 액정의 2치 표시의 면적을 전하량으로 제어하는 면적 계조(階調) 기술은 일본특허공개공보 H06-160809호에 기재되어 있다.

한편, 근래의 이른바 '유비쿼터스 사회'를 지향하는 기술의 진전과도 맞물려서, 디스플레이 기술 전반에 대한 고속화, 고품질화 등의 여러가지 요구가 고속화되고 있다. 이와 같은 요구에 응하기 위하여, 광학응답속도를 높였을 경우에도 표시품질을 실질적으로 떨어뜨리지 않는 기술에 대한 수요는 여러 응용분야(예를 들어, 액정 디바이스를 이용한 대화면 텔레비전)에서 높아지고 있다.

하지만, 상술한 고속화 등의 요구에 따라서 액정 디바이스의 응답속도 고속화를 시도하였을 경우, 다른 중요한 요구인 표시품질이 떨어지는 것을 피하기 어려운 경우가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 결점을 해소할 수 있는 액정 디바이스 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 광학응답속도를 높였을 경우에도 표시품질을 실질적으로 유지할 수 있는 액정 디바이스 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명자들이 예의 연구한 결과, 종래처럼 액정재료에 인가하는 전기장 강도에 의해 액정분자의 배향을 제어하는 것이 아니라, 전극에 공급하는 전하를 제어함으로써 액정분자의 배향을 제어하는 것이 상기 목적을 달성하기 위하여 매우 효과적이라는 것을 발견하였다.

본 발명의 액정 디바이스는 상기 지식에 근거한 것으로, 보다 구체적으로는, 각각의 내측(액정재료를 배치할 쪽)에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 그 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 이 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스로서; 상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 더욱이 각각의 내측에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 이 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 이 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 포함하는 액정 디바이스의 구동방법으로서; 상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량을 변화시킴으로써, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동방법이 제공된다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 액정 디바이스에 대하여, 그 발명자들의 추정에 의한 동작 메커니즘을 아래에서 다른 액정 디바이스의 동작과 비교하면서 설명한다.

상술한 액티브 매트릭스 구동에서는, 상기 '게이트 온' 시간 내에 소스측과 드레인측이 같은 전위가 되기만 하면, 그 사이의 드레인측 전위의 변화 등은 종래부터 특별히 문제되지 않았다.

본 발명자들의 지식에 따르면, 이와 같이 드레인측 전위의 변화가 문제되지 않았던 이유는, 사용하고 있는 액정의 응답속도가 게이트 온 시간에 비하여 현저히 느리기 때문에, 게이트 온 시간 동안의 변화가 광학응답으로서는 실질적으로 나타나지 않았기 때문이라고 추정된다.

하지만, 상술한 바와 같이, 근래의 액정 디바이스에서의 광학응답 고속화에 따라, 표시품질의 악화가 현재화(顯在化)되어 왔다. 본 발명자의 지식에 따르면, 이와 같이 표시품질의 악화가 현재화된 이유는 아래와 같이 추정된다.

통상은 게이트 온 시간 중에 광학응답변화도 보이는데, 표시 유지시간 쪽이 압도적으로 길어서, 게이트 온 시간 중에 광학응답변화가 있었다고 하여도 현상태의 액정 디스플레이에서는 문제되지 않는다고 추정된다. 왜냐하면, 현재 일반적으로 판매되고 있는 액정 디스플레이의 광학응답속도는, 게이트 온 시간 중에 광학응답변화가 보일 정도로 고속이 아니기 때문이다. 하지만, 본 출원인들에 의해 개발된 상술한 PSS-LCD 기술에서는 매우 빠른 광학응답을 달성할 수 있기 때문에, (종래의 액정 디바이스에서는 문제되지 않았던) 게이트 온 시간 중의 광학응답변화가 게이트 온 중의 광학응답에 현실적인 차이로서 나타나는 것이 판명되었다. 이 차이가 현저히 보이는 예로서는, 본 발명자들의 연구에 따르면, 대화면화·고정세화에 의한 배선저항·배선기생용량의 증대에 따른 신호의 열화 등이 판명되었다. 또한, 본 발명자들의 연구에 따르면, 고해상도화 등에 의한 신호의 고속화도 상대적으로 신호가 열화하여 휘도 경사 등의 장해를 발생시키는 것이 판명되었다. 이와 같은 신호 열화는 신호파형이 의도한 것과는 다른 파형이 된다는 것이며, 고속의 광학응답을 나타내는 액정에서는 이와 같은 (변화된) 신호에 추정하여 광학응답을 나타내는 경향이 발견되고 있다. 따라서, 매우 고속의 광학응답을 달성할 수 있는 액정 디바이스에서는 의도한 광학응답과 차이를 낳게 되어, 표시품질이 떨어질 가능성이 발생되게 된다.

광학응답의 고속화에 의해 이 응답시간이 게이트 온 시간과 비교하여도 매우 가까운 상황이 되어, 게이트 온 시간 중의 전위차 변화 즉, PSS-LC에 가해지는 전기장 강도의 변화의 영향이 눈에 보이게 된 것으로 추정된다(예를 들어, PSS-LCD에서는 종래의 액정보다 수십배 고속으로, 게이트 온 시간과 비교하여도 매우 가까운 상황이다).

본 발명은 예를 들어, 아래의 태양을 포함한다.

[1] 각각의 내측(액정재료를 배치할 쪽)에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스로서;

상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정 디바이스.

[2] 상기 액정소자가, 10~2V/㎛ 수준의 인가 전기장의 크기 및/또는 방향에 따른 광학축방위의 회전이 가능한 액정소자인 [1]에 기재된 액정 디바이스.

[3] 상기 액정소자가, 1ms 수준의 고속응답이 가능한 액정재료인 [1] 또는 [2]에 기재된 액정 디바이스.

[4] 상기 액정소자가, 한쌍의 기판과, 이 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자이며; 또한, 이 액정소자 중의 초기분자배향이 액정재료에 대한 배향처리방향과 평행 또는 거의 평행한 방향을 가지고, 또한 액정재료가 외부인가전압의 부재(absence)하에서 한쌍의 기판에 대하여 수직한 자발분극을 거의 나타내지 않는 액정소자인 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 액정 디바이스.

[5] 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화가 정기장 강도의 시간미분값, 액정소자를 투과하는 누적광량, 각 화소에 대응하는 전압, 게이트 온 시간으로부터 선택되는 적어도 1종류의 파라메터에 근거하는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 액정 디바이스.

[6] 각 화소에 대응하는 전압이, 상기 각 화소에 각각 대응하는 각 TFT(박막 트랜지스터)의 전압인 [5]에 기재된 액정 디바이스.

[7] 상기 전하공급수단이, 소스 전압에 맞추어 게이트 전압을 연동시키면서 일정한 전위차로 변화시키는 게이트 전압 공급수단과; 전회 화소에 보유한 전하에 의한 전위차인 드레인 전압에 맞추어 소스 전압을 인가할 수 있는 소스 전압 공급수단을 적어도 포함하는 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 액정 디바이스.

[8] 각각의 내측에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 포함하는 액정 디바이스의 구동방법으로서;

상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량을 변화시킴으로써, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동방법.

[9] 상기 액정소자에 공급하는 전하량을 제어함으로써, 상기 액정소자에 인가되는 전기장 강도의 시간에 대한 전기장 강도의 시간미분값인 증가율 또는 감소율을 제어하는 [8]에 기재된 구동방법.

[10] 상기 액정소자에 인가하는 전기장 강도의 시간미분값을 제어함으로써, 상기 액정소자를 투과하는 광의 누적광량을 연속적으로 제어하여 계조표시하는 [8]에 기재된 구동방법.

[11] 상기 전하공급수단이 TFT를 포함하고, 또한 TFT의 각 전압 및/또는 게이트 온 시간을 제어함으로써 전기장 강도의 시간미분값을 제어하는 [8]에 기재된 구동방법.

한편, 일반적으로 자발분극을 이용한 2치 표시(예를 들어, 강유전성 액정)에서는 아날로그 계조를 나타낼 수 없다. 따라서, 아날로그 계조 표시를 하는 액정 디바이스에 적용하기 위해서는, 공급하는 전하량을 제어하는 개념이 필요하다. 그리고, 높은 연색성(演色性)이 요구되는 요즘, 아날로그 계조를 나타내지 않는 강유전성 액정으로는 시장의 요구에 역행하고 있는 것이 분명하다.

예를 들어, 기존의 기술인 일본특허공개공보 H06-160809호는, 강유전성 액정의 2치 표시의 면적을 전하량으로 제어하는 면적계조 기술이다. 이 기술에서는, 화소를 확대하여 투영하는 프로젝터 용도에 있어서는 인간의 눈의 분해능력으로 판별할 수 있는 크기로 화소 안의 면적계조부분이 확대되어 버려서, 그 결과 화질이 떨어져 보이게 된다.

또한, 일반적으로 강유전성 액정의 자발분극은 크고, 따라서 계조표시에 필요한 전하량 TN이나 PSS-LCD 등에 비하여 차이가 매우 크기 때문에, 소비전류도 많아진다. 또한, 자발분극을 반전시키기 위해서는 어느 일정한 임계값을 넘는 전하량을 필요로 하기 때문에, 화소의 표시를 갱신하기 위해서는 일정 이상의 전류를 필요로 한다. 이는 시장의 요구인 저소비전류의 흐름에 반할 뿐만 아니라, 대전류를 다루기 어려운 TFT 등에서는 설계상의 제약이 늘어나는 결과가 된다. 그 결과, 강유전성 액정을 이용한 기술에서는 비용이나 외형 등의 요구에 대응한 사양을 실현하기 어렵다.

도 1은 PSS-LC에서의 전하공급량과 투과광량의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 2는 전하공급량과 전기장·전위차와의 관계의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.

도 3은 액정 디바이스를 구동하기 위한 TFT의 전류특성의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 4는 액정 디바이스를 구동하기 위한 TFT 구조의 일례를 나타내는 모식적 회로도이다.

도 5는 게이트 온에서의 소스 전압과 드레인 전압의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 6은 게이트-소스 사이 전압을 일정하게 하였을 때의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 7은 드레인-소스 전압 일정에 의한 드레인 전압의 기울기 제어와 고속화의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 8은 게이트 전압을 변화시켜서 전하공급량을 조정하였을 때의 광학응답(1)의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 9는 게이트 전압을 변화시켜서 전하공급량을 조정하였을 때의 광학응답(2)의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 10은 게이트 전압을 변화시켜서 전하공급량을 조정하였을 때의 광학응답(3)의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 11은 게이트 전압을 변화시켜서 전하공급량을 조정하였을 때의 광학응답(4)의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 12는 종래의 소스 전압 제어에서의 투과광량의 평균기울기의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 13은 게이트 전압을 변화시켜서 전하공급량을 조정하였을 때의 투과광량의 평균기울기의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 14는 종래의 소스 전압 제어의 계조와 전하공급량을 조정하였을 때의 계조의 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 15는 전하량에 따른 배향제어를 확인하는 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 16은 전기장 강도의 시간미분값을 위한 구동회로 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 17은 TFT의 각 전압/게이트 온 시간의 제어를 위한 구동회로 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 18은 삼각파 전압 인가하에서의 분자배향 스위칭 사이의 분극 스위칭 전류의 예를 나타내는 그래프이다.

도 19는 종래의 SSFLCD 패널의 경우에서의 스위칭 동안의 분극 스위칭 피크 전류의 예를 나타내는 그래프이다.

도 20은 PS-V-FLCD의 c-다이렉터 프로파일(director profile)을 설명하기 위한 모식도이다.

도 21은 적층 패널의 러빙각을 설명하기 위한 모식도이다.

도 22는 본 발명에서 사용할 수 있는 광학축방위의 엄밀한 측정에 바람직한 요소의 일례의 구성을 나타내는 모식사시도이다.

도 23은 전하량을 제어하는 소스 전압제어를 할 때 사용 가능한 측정계의 일례의 구성을 나타내는 모식사시도이다.

이하, 필요에 따라 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 아래의 기재에서 량비를 나타내는 '부' 및 '%'는 특별히 단정하지 않는 한 질량기준으로 한다.

(액정 디바이스)

본 발명의 액정 디바이스는, 한쌍의 기판 및 그 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자(예를 들어, 고속동작이 가능한 액정소자)와, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스이다. 이 액정 디바이스에서는, 상기 전하공급수단으로부터 상기 액정재료에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어할 수 있다.

(전하량 변화에 따른 배향제어)

본 발명에서는, 전하공급수단으로부터 액정재료에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어한다. 이와 같이, 액정분자의 배향제어가 (전기장 강도의 변화에 따른 것이 아니라), 액정재료에 공급할 전하량의 변화에 따른 것인 것은 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다.

<전하량에 따른 배향제어의 확인방법>

전하량은 그것에 흐르는 전류와 흐른 시간의 적산(積算)으로부터 연산할 수 있다. 따라서, 액정소자의 전극 사이에 정전류원으로부터 전류를 흘리고, 그 시간을 제어함으로써 전하량을 제어할 수 있다. 이러한 방법에 따른 전하량에 근거한 배향제어를 확인하는 구성의 일례를 도 15에 나타낸다.

이 도 15의 구성에서는, 정전류회로와 타이머와 전하량 제어스위치로 이루어지는 전하량 제어회로로부터 액정소자에 일정한 전하량을 공급한다. 이 때의 배향을 PMT(광전자증배관)와 편광소자(편광자·검광자)와 오실로스코프(oscilloscope)와 백라이트를 사용하여 광학응답의 변화로서 검출한다. 전하량 제어회로로부터 액정소자로 공급되는 전하량의 변화에 따라서 광학응답에 변화가 나타나면 전하량에 근거한 배향제어가 이루어지고 있는 것을 확인할 수 있다.

(전하공급수단)

본 발명에 있어서, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단으로서는, 후술하는 바와 같은 액정분자의 배향제어를 가능하게 하는 전하공급수단을 특별한 제한없이 사용할 수 있다.

(전하공급수단의 예시)

본 발명에서는 예를 들어, 아래에 열거하는 바와 같은 여러가지 타입의 전하공급수단을 사용할 수 있다.

·정전하회로

·정전류회로

·콘덴서

·전하결합소자(CCD)

(사용가능한 액정소자)

후술하는 바와 같이, 액정재료를 통하여 마주보고 배치된 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량에 근거한 액정분자의 배향이 가능한 액정소자라면 본 발명을 적용할 수 있다. 하지만, 고속응답성 및 높은 연색성이라는 점에서는, 상기 액정소자로서 후술하는 특성을 가지는 PSS-LCD(분극차폐형 스멕틱 액정소자) 즉, 상기 액정재료 중의 초기분자배향이 액정재료에 대한 배향처리방향과 평행 또는 거의 평행한 방향을 가지고, 외부인가전압의 부재하에서 한쌍의 기판에 대하여 수직한 자발분극을 거의 나타내지 않는 액정소자를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

(PSS-LCD에서의 제어)

본 발명자들은 자발분극을 거의 가지지 않는 PSS-LCD에서도 전극 사이에 공급하는 전하량에 의해 배향을 제어할 수 있는 것을 판명하였다. 도 1의 그래프에 PSS-LCD에서 얻어진 전하공급량과 투과광량의 관계의 일례를 나타낸다.

(본 발명의 메커니즘)

통상, 액정 디바이스에서는 전극 사이에 끼워진 유전체인 액정에 전압을 인가하여 전극 사이의 전기장에 의해 액정에 광학응답을 발생시킨다. 즉, 평행극판 콘덴서에 전압을 인가하여 유전체인 액정에 전기장을 부여하고 있다. 하지만, 전극 사이에 전기장을 발생시키기 위해서는 상기 전극 사이에 전하를 공급하여야 한다.

예를 들어, 도 2의 (a)의 개념도에 나타내는 바와 같이, 전극 사이에 공급하는 전하량이 적으면 전극 사이에 나타나는 전위차가 작고, 그 전위차에 의한 전기장 강도도 약해진다. 반대로 도 2의 (b)의 개념도에 나타내는 바와 같이, 공급하는 전하량이 많아지면 전극 사이에 나타나는 전위차가 커지고, 그 전위차에 의한 전기장 강도도 강해진다. 전압을 인가하여 전위차를 발생시키는 것과 전하를 공급하여 전위차를 발생시키는 동작은 같은 것처럼 보이지만, 본질적으로는 전하가 공급된 결과로서 전극 사이에 전위차를 발생시키기 때문에, 구동의 방식으로서 전하를 공급한다는 것이 적절하다.

(PSS-LCD를 사용하는 태양)

본 발명의 PSS-LCD를 사용하는 태양에서는, 예를 들어 전기장 강도의 시간미분값 dE/dt를 제어함으로써 액정의 배향을 변화시킬 수 있다. 액정배향 제어를 위 하여 전기장 강도의 시간미분값을 제어하는 것은, 예를 들어 전극 사이에 대한 전하공급을 제어함으로써 달성할 수 있다.

PSS-LCD에서는 공급하는 전하량의 제어에 의해 표시품질의 안정을 달성할 수 있다. 보다 나은 표시품질 향상을 위해서는, 공급하는 전하량을 제어함으로써 전기장 강도의 미분값 dE/dt를 임의로 설정하고, 계조표시의 폭을 넓힐 수도 있다. 이와 같은 상세한 전하공급제어를 위한 수단은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 후술하는 바와 같은 현행의 구동회로의 개량에 의해 상기 전하공급제어를 달성할 수 있다.

(TFT 소자)

본 발명에서는 상술한 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단으로서 TFT를 포함하는 것을 적절히 사용할 수 있다.

종래의 TFT 소자에서는 통상, 게이트와 소스 사이 또는 게이트와 드레인 사이, 소스와 드레인 사이의 전위차 크기에 의존하여 소스와 드레인 사이에 흘릴 수 있는 전류가 결정된다. 도 3의 (a)는 게이트와 소스 사이의 전위차에 대한 전류의 특성을 나타낸 것인데, 전위차에 의해 대수적으로(logarithmically) 흘릴 수 있는 전류가 커져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3의 (b)는 소스와 드레인 사이의 전위차에 대한 전류의 특성을 나타낸 것인데, 게이트와 소스 사이의 전류 특성에 비하여 전위차에 의한 전류 특성의 변화 정도는 작지만, 역시 전위차가 커지면 흘릴 수 있는 전류가 늘어나 있는 것을 알 수 있다. 전류를 시간으로 적분한 것이 전하이기 때문에, 전류를 제어함으로써 전하를 제어할 수 있다. 전류제어를 위해서는 상술한 전류특성으로부터 게이트와 소스 사이 또는 게이트와 드레인 사이, 소스와 드레인 사이의 각 전압을 제어하면 되는 것이 이해될 것이다.

도 4는 종래의 TFT를 나타내는 모식적 회로도이다. 이 TFT로 복수 계조를 가지는 화상을 표시하는 경우, 각 TFT는 각각 화상을 구성하는 화소에 맞춘 계조의 전압을 유지하도록 되어 있다. 화상이 변하면 각 TFT가 보유하는 전압이 변하기 때문에, 소스 구동회로로부터 TFT의 소스측에 보유하는 전압을 출력하여 게이트 전압이 인가되었을 때 그 소스측에 인가되어 있는 전압을 드레인측에 유지한다. 이 때, 전에 드레인측에 유지되어 있던 전압에 상관없이, 다음에 유지하고자 하는 전압을 인가한다. 따라서, 상술한 전류특성으로부터 소스와 드레인 사이의 전류차는 표시하는 화상에 의해 항상 변하고 있으며, 전류값이 일정해지지 않는다는 것이 이해될 것이다.

또한, 도 5의 모식적 그래프에 나타내는 바와 같이, 소스와 드레인 사이의 전위차는 전하를 공급하는 과정에서 작아진다. 이는 도 3의 (b)의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 드레인과 소스 사이의 전위차가 작아지면 소스와 드레인 사이에 흘릴 수 있는 전류가 작아지기 때문이다. 이상과 같이 전류가 변한다는 것은 공급하는 전하량이 변하는 것이 되어버려서, 미세한 전하제어가 어려워지는 경향이 발생한다.

(게이트 온 시간을 제어하는 태양)

한편, 예를 들어 도 6의 모식적 그래프에 나타내는 바와 같이, 게이트와 소스 사이의 전위차를 일정하게 제어함으로써 일정에 가까운 형태로 전류를 흘릴 수 있는 상태가 된다. 더욱이, 도 7의 모식적 그래프에 나타내는 바와 같이, 소스와 드레인 사이의 전위차를 일정하게 함으로써, 거의 전류를 일정하게 할 수 있다. 전류가 일정하면 전류를 흘린 시간으로 전하량이 결정되기 때문에, 게이트를 온하는 시간을 제어함으로써 전하량을 제어할 수 있다.

(단위시간당 전하공급량을 제어하는 태양)

또한, 각각의 전위차를 임의의 전압값으로 제어함으로써 일정해지는 전류값을 임의의 값으로 제어할 수 있으며, 단위시간당 전하공급량을 임의의 값으로 할 수 있다.

(전기장의 시간미분값을 제어하는 태양)

이에 의해, 드레인측의 액정전위차의 변화 속도 즉, 전기장의 시간미분값을 임의의 값으로 할 수 있다.

(게이트 온 시간의 제어를 위한 구동회로 구성의 일례)

구동회로 구성으로서는 예를 들어, 도 6의 모식적 그래프에 나타내는 바와 같이 소스 전압에 맞추어 게이트 전압이 연동하면서 일정 전위차로 변하는 회로를 구비하고, 도 7의 모식적 그래프에 나타내는 바와 같이 전회(前回)의 화소에 보유한 전하에 의한 전위차인 드레인 전압에 맞추어 소스 전압을 인가할 수 있는 회로를 구비하여, 게이트 온 시간을 제어하는 것과 같은 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구동회로 구성을 채용함으로써 PSS-LCD에서 보다 엄밀한 배향제어가 가능하다.

(전기장 강도의 시간미분값을 위한 구동회로 구성의 일례)

본 발명에 있어서는, 전기장의 시간미분값을 제어함으로써 그 전기장의 시간미분값으로 계조를 나타낼 수 있는 PSS-LCD를 사용하는 태양에서 종래 이상의 연색성을 부여할 수 있게 된다.

이 태양에서는 예를 들어, 전하량을 제어함으로써 상기 액정소자에 인가되는 전기장 강도의 시간에 대한 증가율 또는 감소율(전기장 강도의 시간미분값)을 제어하면 된다.

(전기장 강도의 시간미분값을 위한 구동회로 구성)

이와 같은 태양을 위한 구동회로 구성의 일례를 도 16에 나타낸다. 이 도 16에 나타내는 회로구성에서는, 정전류회로와 계조-전하량변환 LUT로 이루어지는 전하량 제어회로에 계조신호가 입력되고, 그 계조신호에 대응한 전하공급 프로파일로 정전류회로로부터 전하를 액정소자에 공급한다.

이 때의 전하공급 프로파일이란, 전기장의 시간미분값을 제어하기 위하여 전하량을 조정하여 전기장 강도의 시간에 대한 증가율 또는 감소율을 변화시키는 것을 가리킨다. 즉, 공급하는 전하량을 늘리면 액정소자에 인가되는 전기장의 시간에 대한 증가율이 커지고, 줄이면 증가율이 작아진다. 전기장을 제거하는 경우에도 역공급하는 (전하량 제어회로가 빨아들이는) 전하량이 크면 감소율이 커지고, 작으면 감소율이 작아진다. 이러한 구성에 의해 실제로 액정소자에 인가되는 전기장 강도의 변화율을 조정함으로써 상세한 계조표현이 가능하다.

(LCD의 누적광량제어를 위한 구동회로 구성의 일례)

본 발명에서는 액정소자에 인가하는 전기장 강도의 시간미분값을 제어함으로 써 LCD의 누적광량을 연속적으로 제어하여 계조표시하는 것도 가능하다.

(LCD의 누적광량제어를 위한 구동회로 구성의 일례)

이와 같은 태양을 위한 구동회로 구성의 일례는, 기본적으로 그 구동회로 구성은 도 16과 마찬가지인데, 1화면의 갱신시간인 프레임 레이트를 빠르게 하여 인간의 눈의 시간분해능력을 넘는 속도(예를 들어, 16.7미리초 이하의 정도, 보다 바람직하게는 8.3 미리초 이하의 정도)로 상술한 전기장 강도의 시간미분값을 제어하여, 각 프레임의 누적투과광량으로 계조표현을 한다. 이렇게 함으로써 더욱 상세한 계조표현을 실현하는 것이 더욱 쉬워진다.

(TFT의 각 전압/게이트 온 시간제어를 위한 구동회로 구성의 일례)

본 발명에서는 기존의 TFT로 전기장 강도의 시간미분값을 제어하기 때문에, TFT의 각 전압 및/또는 게이트 온 시간을 제어하는 것도 가능하다.

이와 같은 태양을 위한 구동회로 구성의 일례를 도 17에 나타낸다. 이 도 17에 나타내는 회로구성에서는, 표시제어계로부터 온 계조신호를 소스 드라이버가 받아서, TFT에 인가되는 소스 전압과 라인 기입 신호인 게이트 전압을 제어한다. 상술한 바와 같이, 소스 전압과 액정소자에 이어져 있는 드레인 전압의 전위차가 작아지면, 흘릴 수 있는 전류가 작아진다는 특성이 있다. 또한, 게이트와 소스 전압의 전위차가 작아지면, 마찬가지로 흘릴 수 있는 전류가 작아진다. 따라서, 소스 드라이버는 도 7과 같이 소스 전압과 드레인 전압이 항상 일정해지도록 한다. 이 때의 인가 소스 전압을 근거로 게이트 전압을 도 6과 같이 조정하여 게이트 전압과 소스 전압이 일정해지도록 한다. 이 때, 게이트 전압을 생성하기 위해서는, 미리 인가 소스 전압을 알아 두어야 하기 때문에, 소스 전압 파형생성은 미리 실시해 둘 필요가 있다. 그리고, 게이트 전압 인가과 동시에 소스 전압을 인가할 수 있도록, 인가 소스 파형을 메모리에 기록해 둔다. 생성된 게이트 전압은 항상 전류가 일정하도록 조정되어 있기 때문에, 게이트를 온하는 시간을 변화시킴으로써 임의의 계조를 표시할 수 있다.

이와 같이 기존의 TFT를 이용하는 태양에서는, 각 드라이버 IC를 설계변형하는 것 만으로 본 기술을 적용할 수 있다.

(고해상도화의 용이성)

또한, 소스와 게이트 사이, 소스와 드레인 사이의 일정한 전위차를 전류특성이 좋은 전압값으로 고정하면, 드레인 전압이 목표전압에 도달하는 속도가 올라가서 게이트 온 시간을 줄일 수 있고, 게이트 스캔 타임을 줄일 수 있다. 이는 고해상도화하기 쉬운 것을 의미한다.

(다른 액정소자로의 응용성)

상술한 본 발명의 기본개념 설명에서는 설명의 편의상 주로 PSS-LCD의 전기광학응답을 이용한 태양(고연색성의 면에서 유리함)에 대하여 설명하였는데, 전극 사이에 공급하는 전하에 따른 액정분자의 배향을 취할 수 있는 액정소자라면, PSS-LCD에 관계없이 본 발명을 적용할 수 있다. 본 발명의 효과를 더욱 효과적으로 발휘할 수 있다는 점에서는 충분한 속도에서의 응답시간이 가능한 액정소자인 것이 바람직하다.

(편광소자)

본 발명에 사용할 수 있는 편광소자로는, 종래부터 액정 디바이스를 구성하기 위하여 사용되고 있는 편광소자를 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 또한, 그 형상, 크기, 구성요소 등도 특별히 제한되지 않는다.

(바람직한 편광소자)

본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 편광소자로는, 예를 들어 아래의 것을 들 수 있다.

π-셀: Molecular Crystals and Liquid Crystals지, Vol.113, 329 페이지(1984), Phil Bos and K.R.Kehler-Beran

· 글라스 편광 필터

· 편광 필름

· 편광 프리즘

· 반사식 편광자

(액정소자)

본 발명의 태양에 따른 액정소자는, 한쌍의 기판과, 이 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함한다.

(액정재료)

본 발명에서는 본 발명의 방식을 적용하기 위하여, 인가전기장의 크기 및/또는 방향에 따른 광학축방위의 회전을 가지는 전기광학소자를 구성할 수 있는 액정재료라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명에서 어느 액정재료가 사용가능 한지 여부는 아래의 '광학축방위 회전의 확인방법'으로 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에서 소정의 고속 응답이 가능한 관점에서 바람직하게 사용할 수 있도록 어느 액정재료가 충분한 속도에서의 응답이 가능한지 여부는 아래의 '응답시간의 확인방법'으로 확인할 수 있다.

(광학축방위 회전의 확인방법)

액정소자로서의 광학축방위 회전의 측정방법으로는, 편광자가 검광자와 수직하게 배치되는 크로스니콜 배치중에 액정소자를 놓을 경우, 광학축이 검광자의 흡수축과 일치하는 경우에 투과광의 강도가 최소가 된다. 따라서, 크로스니콜 배치중에서 투과광의 최소강도가 얻어지는 강도가 광학축방위의 각도가 된다. 이 때, 액정소자에는 전기장이 인가되어 있지 않은 상태이다. 이것을 기준각도로 하여 액정소자에 전기장을 인가하여 크로스니콜 배치중에서의 투과광량이 최소강도가 얻어지는 각도를 찾는다. 전기장을 인가하여 최소강도가 되는 각도가 존재하고, 상술한 기준각도로부터 어긋난 각도에 그 최소강도가 되는 각도가 되어, 전기장의 크기 또는 방향을 변화시켰을 때 변화량에 따른 회전각의 증감이 보이면, 광학축방향이 회전하고 있다고 확인할 수 있다. 확인하기 위한 장치의 예로는, 광학축방위의 확인방법과 마찬가지로 도 22의 구성으로 확인할 수 있다.

(응답시간의 확인방법)

액정소자에 광학축방위의 회전이 보이는 경우, 그 회전속도가 응답시간에 해당한다. 편광자가 검광자와 수직으로 배치되는 크로스니콜 배치중에 투과광량이 최소가 되는 각도에서 액정소자를 배치하고, 액정소자에 전기장을 인가한다. 전기장 인가에 의해 광학축방위가 회전하기 때문에 투과광량이 변한다. 따라서, 이 투과광량의 변화정도가 회전의 변화정도가 된다. 전기장을 인가하지 않은 상태의 투과광량을 0%라고 하고, 전기장 인가에 의해 변하여 최종적으로 정상상태가 된 투과광량을 100%라고 하였을 때, 전기장을 인가하지 않은 상태에서부터 전기장을 인가하여 투과광량이 10%에서 90%가 될 때까지의 시간을 상승응답시간, 전기장을 인가한 상태로부터 전기장의 인가를 멈추고 투과광량이 90%에서 10%가 될 때까지의 시간을 하강응답시간이라고 한다. 예를 들어, PSS-LCD에서는 상승응답시간, 하강응답시간 모두 400㎲ 정도이다. 확인을 위한 장치의 예로는 후술하는 '광학축방위의 확인방법'의 경우와 마찬가지로 도 22의 구성으로 확인할 수 있다.

(PSS-LCD)

본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 액정재료는 PSS-LCD 즉, 이 액정재료중의 초기분자배향이 배향처리방향에 대하여 거의 평행한 방향을 가지고, 또한 액정재료가 실질적으로 외부인가전압의 부재하에서 한쌍의 기판에 대하여 적어도 수직한 자발분극을 전혀 나타내지 않는 것이다.

(초기분자배열)

본 발명에서 액정재료 중의 초기분자배향(또는 방향)에서는, 액정분자의 장축이 액정분자에 대한 배향처리방향과 거의 평행한 방향을 가진다. 액정분자의 장축이 배향처리방향에 대하여 거의 평행한 방향을 가진다는 사실은, 예를 들어 아래의 방법으로 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 액정소자가 바람직한 표시성능을 나타내는 것을 가능하게 하기 위하여, 아래의 방법에 의해 측정되는 러빙(rubbing) 방향과 액정분자의 배향방향 사이의 각도(절대값)는 바람직하게는 3° 이하, 더욱 바람직하게는 2° 이하, 특히 1° 이하일 수 있다. 엄밀한 의미에서 폴리이미드막 등의 폴리머 배향막이 러빙을 받을 경우, 복굴절이 폴리이미드 최표층에 유발되고, 그에 의해 지상축(slow axis)을 부여하는 것이 알려져 있다. 더욱이, 일반적으로 액정분자의 장축은 지상축과 평행하게 배향되는 것이 알려져 있다. 폴리머 배향막의 거의 전부에 관하여, 어느 종류의 각도 어긋남이 러빙방향과 지상축 사이에서 일어나는 것은 알려져 있다. 일반적으로 어긋남은 비교적 작으며 약 1~7도일 수 있다. 하지만, 그 각도 어긋남은 극단적인 예로서 폴리스틸렌의 경우와 같이 90도일 수 있다. 따라서, 본 발명에서 러빙방향과 액정분자의 장축(즉, 광축)의 배향방향 사이의 각도는 바람직하게는 3° 이하일 수 있다. 이러한 시점에서 액정분자의 장축과, 러빙 등에 의해 폴리머(폴리이소미드 등), 폴리머 배향막 안에 제공되는 지상축의 배향방향은, 바람직하게는 3° 이하, 더욱 바람직하게는 2° 이하, 특히 1° 이하일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 배향처리방향은 액정분자 장축의 배향방향을 결정하는 지상축(폴리머 최표층에서의) 방향을 가리킨다.

<액정분자에 대한 초기분자 배향상태를 측정하는 방법>

일반적으로 액정분자의 장축은 광축과 잘 일치한다. 따라서, 편광자가 검광자와 수직하게 배치되는 크로스니콜 배치중에 액정패널을 놓을 경우, 투과광선의 강도는 액정의 광축이 검광자의 흡수축과 잘 일치하는 경우에 최소가 된다. 초기배향축의 방향은 액정패널이 투과광선의 강도를 측정하면서 크로스니콜 배치중에서 회전하는 방법에 의해 측정할 수 있으며, 이에 의해 투과광선의 최소강도를 부여하는 각도를 측정할 수 있다.

<액정분자 장축방향과 배향처리방향의 평행도를 측정하는 방법>

러빙방향은 설정각에 의해 결정되며, 러빙에 의해 제공되는 폴리머 배향막 최표층의 지상축은 폴리머 배향막의 종류, 막제조 방법, 러빙강도 등에 의해 결정된다. 따라서, 소광위(消光位)가 지상축 방향과 평행하게 제공되는 경우, 분자장축 즉, 분자광축이 지상축 방향과 평행하게 있는 것이 확인된다.

(자발분극)

본 발명에 있어서, 초기분자배향에서는 자발분극(강유전성 액정인 경우의 자발분극에 유사함)은 적어도 기판에 수직한 방향에 대해서는 발생하지 않는다. 본 발명에서 '실질적으로 자발분극을 제공하지 않는 초기분자배향은 자발분극이 발생하지 않는 것이다'는, 예를 들어 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다.

<기판에 수직한 자발분극의 존재를 측정하는 방법>

액정 셀 중의 액정이 자발분극을 가지는 경우, 특히 자발분극이 초기상태에서의 기판방향 즉, 초기상태에서의 전기장 방향(즉, 외부전기장이 없는 경우)과 수직한 방향으로 발생하는 경우에 있어서, 저주파수 삼각파 전압(약 0.1Hz)이 액정 셀에 인가될 때, 인가전압의 정에서 음으로, 또는 음에서 정으로의 극성변화와 함께, 자발분극의 방향은 위쪽 방향에서 아래쪽 방향으로, 또는 아래쪽 방향에서 위쪽 방향으로 반전한다. 이러한 반전과 함께 실제 전하가 수송된다(즉, 전류가 발생한다). 자발분극은 인가전기장의 극성이 반전할 때만 반전한다. 따라서, 도 19에 나타낸 바와 같이, 피크형상 전류가 나타난다. 피크형상 전류의 적산치는 수송하려고 하는 모든 전하량 즉, 자발분극의 강도에 대응한다. 이 측정에서 비(非)피크형상 전류가 관찰되는 경우, 자발분극 반전의 발생이 없는 것은 직접 이러한 현상에 의해 증명된다. 더욱이 도 18에 나타내는 바와 같은 전류의 직선적인 증가가 관찰되는 경우, 액정분자의 장축이 전기장 강도의 증가에 따라 그들의 분자배향방향에서 연속적으로 또는 계속해서 변하는 것이 발견된다. 바꾸어 말하면, 도 18에 나타내는 바와 같은 이러한 케이스에서는, 인가되는 전기장 강도에 따라 유도분극 등을 위하여 분자배향방향의 변화가 일어나는 것이 발견되어 왔다.

(기판)

본 발명에서 사용할 수 있는 기판은, 그것이 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 부여할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서 적합한 기판은, LCD의 사용법 또는 용도, 그 재료 및 크기 등의 관점에서 적절히 선택할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 특정예로서는 아래의 것을 들 수 있다.

· 그 위에 패턴화 투명전극(ITO 등)을 가지는 글라스 기판

· 비정질 실리콘 TFT 어레이 기판

· 저온 폴리실리콘 TFT 어레이 기판

· 고온 폴리실리콘 TFT 어레이 기판

· 단결정 실리콘 어레이 기판

(바람직한 기판예)

이들 중에서 본 발명이 대형 액정표시패널에 적용되는 경우에 아래의 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

· 비정질 실리콘 TFT 어레이 기판

(PSS-LCD 재료)

본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 PSS-LCD 액정재료는, 그것이 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 부여할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서 적합한 액정재료는 물리적 특성, 전기 또는 표시성능 등의 관점에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 문헌에 예시된 바와 같은 여러가지 액정재료(여러가지 강유전성 또는 비강유전성 액정재료를 포함)는 일반적으로 본 발명에서 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 이러한 액정재료의 특정한 바람직한 예로는 아래의 것을 들 수 있다.

[화학식 1]

(바람직한 액정재료의 예)

이들 중에서 본 발명이 투영형 액정 디스플레이에 적용되는 경우, 아래의 액 정재료를 사용하는 것이 바람직하다.

[화학식 2]

(배향막)

본 발명에서 사용할 수 있는 배향막은, 그것이 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 부여할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서 적합한 배향막은 물리적 특성, 전기 또는 표시성능 등의 관점에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 문헌에 예시된 바와 같은 여러가지 배향막은 일반적으로 본 발명에서 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 이러한 배향막의 특정한 바람직한 예로는 아래의 것을 들 수 있다.

· 폴리머 배향막 : 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드-이미드

· 무기배향막 : SiO₂, SiO, Ta₂O₅ 등

(바람직한 배향막 예)

이들 중에서 본 발명이 투영형 액정 디스플레이에 적용되는 경우, 아래의 배향막을 사용하는 것이 바람직하다.

· 무기배향막

본 발명에서 상술한 기판, 액정재료 및 배향막으로서, 필요에 따라 일간공업 신문사(일본, 도쿄)에서 발행한 'Liquid Crystal Device Handbook'(1989)에 기재된 각 항목에 대응하는 재료, 성분 또는 구성요소를 사용하는 것이 가능하다.

(다른 구성요소)

본 발명에 따른 액정 디스플레이를 구성하기 위하여 사용되는 투명전극, 전극패턴, 마이크로 컬러필터, 스페이서 및 편광자 등의 다른 재료, 구성요소 또는 성분은, 그것이 본 발명의 목적에 반하지 않는 한(즉, 그것들이 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 부여할 수 있는 한), 특별히 한정되지 않는다. 게다가 본 발명에서 사용할 수 있는 액정표시소자를 제조하기 위한 방법은, 액정표시소자가 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 부여하기 위하여 구성되어야 한다는 것을 제외하고, 특별히 한정되지 않는다. 액정표시소자를 구성하기 위한 여러가지 재료, 구성요소 또는 성분의 상세한 내용에 대해서는, 필요에 따라 일간공업 신문사(일본, 도쿄)가 발행한 'Liquid Crystal Device Handbook'(1989)을 참조할 수 있다.

(특정 초기배향을 실현하기 위한 수단)

이러한 배향상태를 실현하기 위한 수단 또는 방책은, 그것이 상술한 특정 '초기분자 배향상태'를 실현할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서 적합한 특정 초기배향을 실현하기 위한 수단 또는 방책은 물리적 특성, 전기 또는 표시성능 등의 관점에서 적절히 선택할 수 있다.

아래의 수단은 바람직하게는 본 발명이 대형 텔레비전 패널, 소형 고해상도 표시패널, 및 직시형 디스플레이에 적용되는 경우에 사용할 수 있다.

(초기배향을 부여하기 위한 바람직한 수단)

본 발명자들의 지식에 따르면, 상술한 적합한 초기배향은, 아래의 배향막(소성에 의해 형성되는 배향막의 경우, 그 두께는 소부(燒付)후의 두께로 나타내어짐) 및 러빙처리를 이용함으로써 쉽게 실현할 수 있다. 한편, 통상의 강유전성 액정 디스플레이에서 배향막의 두께는 3,000A(옹스트롬) 이하, 러빙강도(즉, 러빙의 압입량)는 0.3mm 이하이다.

· 배향막의 두께: 바람직하게는 4,000A 이상, 더욱 바람직하게는 5,000A 이상(특히, 6,000A 이상)

· 러빙강도(즉, 러빙의 압입량): 바람직하게는 0.3mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.4mm 이상(특히, 0.45mm 이상)

상술한 배향막의 두께 및 러빙강도는 예를 들어 후술하는 제조예 1에 기재된 바와 같은 방법으로 측정할 수 있다.

(사용할 수 있는 PSS-LCD - 다른 태양 1)

본 발명에서는 아래의 구성을 가지는 PSS-LCD도 바람직하게 사용할 수 있다.

적어도 한쌍의 기판과, 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료와, 한쌍의 기판의 바깥쪽에 배치된 한쌍의 편광필름을 포함하는 액정소자로서; 상기 한쌍의 편광필름 중 하나는 액정재료에 대한 배향처리방향과 평행 또는 거의 평행한 초기분자배향을 가지고, 한쌍의 편광필름 중 다른 것은 액정재료에 대한 배향처리방향에 수직한 편광흡수방향을 가지며, 또한

액정소자는 외부인가전압의 부재하에서 소광각을 나타내는 PSS-LCD.

이러한 태양에 따른 액정 디스플레이는, 상술한 것에 더하여 그 소광위가 실질적으로 온도의존성을 가지지 않는다는 이점이 있다. 따라서, 이 태양에서 콘트라스트비의 온도의존성을 비교적 줄일 수 있다.

편광필름의 편광흡수축 방향이 실질적으로 액정재료의 배향처리방향과 나란한 상술한 관계에서, 편광필름의 편광흡수축과 액정재료의 배향처리방향 사이의 각도는 바람직하게는 2° 이하, 더욱 바람직하게는 1° 이하, 특히 0.5° 이하일 수 있다.

더욱이, 액정소자가 외부인가전압의 부재하에서의 소광위를 나타내는 현상은, 예를 들어 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다.

<소광위를 확인하는 방법>

시험하고자 하는 액정패널을 크로스니콜 관계로 배치된 편광자와 검광자 사이에 삽입하고, 투과광의 최소광량을 부여하는 각도를 액정패널이 회전하고 있는 동안 측정한다. 이와 같이 측정된 각도가 소광위의 각도이다.

(사용가능한 PSS-LCD -다른 태양 2)

한쌍의 기판과, 이 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자로서; 상기 한쌍의 기판을 통과하는 전류는 실질적으로 연속적, 선형으로 변하는 전압파형이 액정소자에 인가되는 경우, 피크형상의 전류를 전혀 나타내지 않는 PSS-LCD.

한쌍의 기판을 통과하는 전류가 실질적으로 그 강도가 연속적, 선형으로 변하는 전압파형의 인가하에서 피크형상의 전류를 나타내지 않는 것은, 예를 들어 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다. 이 태양에서 '전류가 실질적으로 피크형상의 전류를 나타내지 않는다'는, 액정분자 배향변화에서 자발분극이 적어도 직접적인 방법으로 액정분자 배향변화에 관여하지 않는 것을 의미한다. 이러한 태양에 따른 액정 디스플레이는 상술한 것에 더하여 그것이 능동 구동소자 중에서도 비정질 실리콘 TFT 어레이 소자 등의 최저 전자이동도를 가지는 소자에서조차 충분한 액정구동을 가능하게 한다는 이점을 가진다.

액정 그 자체로 꽤 높은 표시성능을 나타낼 수 있을 때조차 그 능력이 비교적 큰 경우, 이러한 액정을 전자이동도에 관한 한정을 가지는 비정질 실리콘 TFT 어레이 소자를 사용함으로써 구동하는 것은 어렵다. 결과적으로 고품질 표시성능을 부여하는 것은 실제로 불가능하다. 이러한 경우에서조차 액정을 구동하는 능력의 관점에서 비정질 실리콘보다 큰 전자이동도를 가지는 저온 폴리실리콘 및 고온 폴리실리콘 TFT 어레이 소자, 또는 최대전자이동도를 부여할 수 있는 단결정 실리콘(실리콘 웨이퍼)을 사용함으로써 충분한 표시성능을 부여할 수는 있다. 한편, 비정질 실리콘 TFT 어레이는 제조비용의 관점에서 경제적으로 유리하다. 더욱이, 패널의 크기가 늘어나는 경우, 비정질 실리콘 TFT 어레이의 경제적 이점은 다른 형태의 능동소자보다 한층 크다.

<피크형상 전류를 확인하는 방법>

약 0.1Hz의 매우 낮은 주파수를 가지는 삼각파 전압을, 시험하려고 하는 액 정패널에 인가한다. 액정패널은 이러한 인가전압을, DC전압이 거의 선형으로 증대하고 감소하는 것처럼 느낄 것이다. 패널 중의 액정이 강유전성 액정상을 나타내는 경우, 광학응답 및 전하이동상태는 삼각파 전압의 극성에 따라 결정되는데, 하지만 실질적으로 삼각파 전압의 정점값(또는 p-p값)에는 의존하지 않는다. 바꾸어 말하면, 자발분극의 존재를 위하여 액정의 자발분극은 인가전압의 극성이 음에서 정으로, 또는 정에서 음으로 변하는 경우에만 외부인가전압과 연결된다. 자발분극이 반전하는 경우, 전하는 패널내부에서 피크형상 전류를 생성하도록 일시적으로 이동한다. 반대로 자발분극의 반전이 일어나지 않는 경우, 피크형상 전류는 전혀 보이지 않고, 전류는 단조증가, 감소 또는 일정값을 나타낸다. 따라서, 패널의 분극은 저주파수 삼각파 전압을 패널에 인가하여 정확하게 얻어지는 전류를 측정하고, 이에 의해 전류파형의 프로파일을 측정함으로써 결정할 수 있다.

(사용할 수 있는 PSS-LCD - 다른 태양 3)

액정재료용 액정분자 배향처리가 저표면 프리틸트각을 부여하는 액정분자 배향막과 관련되어 이루어지는 PSS-LCD.

이 태양에서 프리틸트각은 바람직하게는 1.5° 이하, 더욱 바람직하게는 1.0° 이하(특히, 0.5° 이하)일 수 있다. 이러한 태양에 따른 액정 디스플레이는 상술한 항목에 더하여 그것이 넓은 면에서의 균일한 배향, 및 넓은 시야각을 부여할 수 있다는 이점을 가진다. 왜 넓은 시야각이 제공되는가 하는 이유는 아래와 같다.

본 발명에 따른 액정분자배향에서 액정분자는 원추형 영역 내에서 움직일 수 있으며, 그들의 전기광학응답은 같은 평면내에 머무르지 않는다. 일반적으로 평면으로부터 멀어지는 이러한 분자거동이 일어나는 경우, 복굴절의 입사각의존이 일어나서 시야각이 좁아진다. 하지만, 본 발명에 따른 액정분자배향에서, 액정분자의 분자광축은 항상 도 20에 나타내는 바와 같이 원추의 상부에 관하여 시계방향둘레 또는 반시계방향둘레에 대칭적 그리고 고속으로 움직일 수 있다. 고속대칭운동을 위하여 극단적인 대칭화상을 시간평균의 결과로서 얻을 수 있다. 따라서, 시야각의 관점에서 이러한 태양은 높은 대칭 및 작은 각의존성을 가지는 화상을 부여할 수 있다.

(사용가능한 PSS-LCD - 다른 태양 4)

액정재료가 강유전성 액정 상전이계열에 대하여 스멕틱 A상을 나타내는 액정소자.

이 태양에서 액정재료가 '스멕틱 A상- 강유전성 액정 상전이계열'을 가지는 현상은 예를 들어, 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다. 이러한 태양에 따른 액정 디스플레이는, 상술한 항목에 더하여 그것이 그것을 위하여 보존온도가 보다 높은 상한값을 부여할 수 있다는 이점을 가진다. 더욱 구체적으로는, 액정표시용 보존온도의 상한값을 결정하려고 하는 경우, 온도가 강유전성 액정상으로부터 스멕틱 A상으로의 전이온도를 넘을 때조차, 그것은 온도가 스멕틱 A상으로부터 콜레스테릭상(cholesteric phase)으로의 전이온도를 넘지 않는 한 초기분자배향을 되찾기 위하여 강유전성 액정상으로 돌아갈 수 있다.

<상전이계열을 확인하는 방법>

스멕틱 액정의 상전이계열은 아래와 같이 확인할 수 있다.

크로스니콜 관계하에서 액정패널의 온도를 등방성 상온도로부터 내린다. 이 때, 러빙방향을 광검자와 평행하게 한다. 편광현미경에 의한 관측 결과로서, 불꽃모양 형상이 원형으로 변하는 복굴절 변화가 최초로 보인다. 온도를 더 낮출 경우, 소광방향은 러빙방향과 평행하게 일어난다. 온도를 더 낮추면, 상이 이른바 강유전성 액정상으로 변환한다. 이 상에서, 패널이 소광위 근방 3~4°의 각도로 회전하는 경우, 온도 저하와 함께 소광위로부터 위치가 벗어날 때 투과광 강도가 증대되는 것이 발견된다.

본 명세서에서 강유전성 액정상의 헬리컬 피치 및 기판의 패널갭을 예를 들어, 아래의 방법에 의해 확인할 수 있다.

<헬리컬 피치를 확인하는 방법>

서로 평행한 배향처리를 부여하기 위하여 러빙된 기판을 가지는 셀에서, 액정재료를 기대 헬리컬 피치의 적어도 5배인 셀 갭을 가지는 패널 사이에 주입한다. 결과적으로 헬리컬 피치에 대응하는 줄무늬가 디스플레이 표면에 나타난다.

<패널갭을 확인하는 방법>

액정재료의 주입전에 광간섭을 이용한 액정 패널갭 측정장치를 사용함으로써 패널갭을 측정할 수 있다.

(광학축방위 각도의 측정방법과 장치구성)

액정소자로서의 광학축방위의 엄밀한 측정방법에서는, 편광자가 검광자와 수 직하게 배치되는 크로스니콜 배치중에 액정소자를 둘 경우, 광학축이 검광자의 흡수축과 일치하는 경우에 투과광의 강도가 최소가 된다. 따라서, 크로스니콜 배치중에서 투과광의 최소강도가 얻어지는 각도가 광학축방위의 각도가 된다. 측정장치로서, 편광현미경의 경통부(鏡筒部)에 PMT(광전자증배관) 등의 광검출소자를 설치한 것을 예로 든다.

도 22의 모식사시도에 광학축방위의 엄밀한 측정에 바람직한 요소의 일례의 구성을 나타낸다. 편광현미경의 편광자와 검광자를 크로스니콜 배치로 하여 샘플 스테이지 위에 검광자의 흡수축과 측정할 액정소자의 기준각도와 동일해지도록 배치하고, PMT로 검출한 광량이 최소가 되도록 샘플 스테이지를 회전시킨다. 이 때의 샘플 스테이지 각도가 즉 액정소자의 기준각도에 대한 광학축방위의 각도가 된다.

(액정소자 용량변화의 보정기구)

일반적으로 액정은 인가전압에 의해 액정의 정전용량이 변하는 것이 알려져 있다. 또한, 그 정전용량 변화가 시간적 지연을 가지고 있는 것도 알려져 있다. 따라서, 전하량을 보다 상세하게 제어하기 위해서는, 액정의 정전용량 변화를 고려한 전하공급이 필요하게 된다.

(액정소자의 정전용량변화의 보정)

일반적으로 액정재료는 전기장 인가에 의해 배향이 변하기 때문에, 유전율이 변하는 것이 알려져 있다. 또한, 그 유전율 변화가 시간적 지연을 가지고 있는 것도 알려져 있다. 따라서, 전극 사이에 액정재료를 배치한 액정소자로서의 정전용량도 변한다. 정전용량이 변하였을 경우, 인가되어 있는 전기장을 보유하기 위해서는 전하량을 조정할 필요가 있다. 또한, 정전용량의 변화는 직선적인 것이 아닌 경우가 많다. 이에 의해, 전하량을 보다 상세히 제어하기 위해서는, 액정소자의 정전용량 변화를 고려한 전하공급이 필요하게 된다.

(액정소자의 정전용량 변화 확인방법)

액정소자 정전용량의 인가전압 의존성을 측정함으로써, 직접적으로 사용하는 액정소자의 정전용량 변화를 확인할 수 있다. 또한, 바이후칸사가 발행한 '액정 기초편'(오카노 코지·코바야시 순스케 공동저/1985/초판)의 215 페이지에 있는 '저항율 및 유전율 측정'에 기재된 방법을 참조하여 액정소자 유전율의 인가전압 의존성을 측정함으로써, 정전용량 변화를 이끌어낼 수 있다. 여기서 측정된 정전용량의 인가전압 의존성은, 콘덴서의 정전용량의 식인 C(정전용량)=Q(전하량)/V(전압)으로부터 액정소자에 각 전기장(각 계조)에서 필요한 전하량을 계산할 수 있다.

측정장치로서는, 정전용량을 측정할 수 있고, 측정 액정소자에 인가하는 전압을 변화시키는 것이면 측정방식이나 성능, 특성 등의 관점에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, Agilent사 제품, LCR 메터 4284A를 사용할 수 있다.

(정전용량 변화를 고려한 전하공급방법)

정전용량 변화를 고려한 전하공급방법을 나타낸다. 상술한 확인방법에서 얻은 각 전기장에서 필요한 전하량의 결과를 LUT(Look Up Table) 등에 기록하고, 화소의 계조정보로부터 적절한 전하량으로의 변환을 실시한다. 변환된 전하량을 인가함으로써 보다 정밀도 높은 계조표현이 가능해진다.

(정전용량 변화를 고려한 전하공급회로구성)

이와 같은 태양을 위한 구동회로 구성의 일례를 도 23에 나타낸다. 이 회로구성에서는 정전류회로와 계조-전하량 변환 LUT로 이루어지는 전하량 제어회로에 계조신호가 입력되고, 그 계조신호에 대응한 전하량을 정전류회로로부터 액정소자에 공급한다. 이 때의 계조신호에 대응한 전하량이란, 정전용량변화를 고려한 각 전기장에서 필요한 전하량을 가리킨다. 이러한 구성에 의해 보다 정밀도 높은 계조표현이 가능하다.

이하, 제조예 및 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예

제조예 1

시판되는 FLC 혼합물 재료(메르크(Merck): ZLI-4851-100), 액정성 광중합물질(다이니혼 잉키 카카구고교: UCL-001), 및 중합개시제(메르크: 다로큐어(Darocur) 1173)을 이용하여, 일본특허공개공보 H11-21554호(일본특허출원 H09-174463호)에 근거하여 PS-V-FLCD 패널을 조립하였다. 혼합물은 93 질량%의 ZLT-4851-100FLC 혼합물, 6 질량%의 UCL-001, 및 1 질량%의 다로큐어 1173을 가졌다.

여기에서 사용하는 기판은, 그 위에 ITO 필름을 가지는 글라스 기판(나노로아사에서 시판하고 있는 붕규산 유리, 두께 0.7mm, 크기: 50mm×50mm)이었다.

스핀코터를 사용하여 폴리이미드 배향재료를 도포하고, 이어서 얻어진 막을 예비로 달구고, 얻어진 생성물을 최종적으로 크린오븐 안에서 소성함으로써, 폴리이미드 배향막을 형성하였다. 여기서 사용할 일반적인 공업순서에 대한 자세한 내용은, 필요에 따라 문헌 'Liquid Crystal Display Techniques' 상교도서(1996, 도 쿄), Chapter 6을 참조할 수 있다.

액정분자 배향막용으로 RN-1199(닛산카가쿠고교사)를 1~1.5°의 프리틸트각 배향물질로서 사용하였다. 경화층으로서의 배향층의 두께를 4,500A~5,000A로 설정하였다. 이 경화배향층의 표면을 레이온포(요시카와 카코사 제품, 상품명 19RY)에 의해, 도 21에 나타내는 바와 같이 기판의 중심방향에 대하여 30도의 각도를 이루도록 러빙하였다. 러빙의 압입량은 양 기판 모두 0.5mm로 하였다.

<러빙 조건>

러빙의 압입량: 0.5mm

러빙횟수: 1회

스테이지 이동속도: 2mm/초

롤러 회전주파수: 1000rpm(R=40mm)

스페이서로서 평균입자직경이 1.6 미크론인 이산화규소 입자를 사용한다. 완성된 패널갭은 측정치로 1.8미크론이었다. 상기 혼합재료를 110℃ 온도 등방(等方)에서 패널에 주입하였다. 혼합재료를 주입한 후, 주변 온도를 제어하여 혼합재료가 강유전성 액정상을 보일 때까지 (40℃) 1분 동안 2℃의 비율로 서서히 냉각하였다. 그 후, 자연냉각에 의해 패널이 충분히 실온이 된 시점에서 10분간, +/-10V, 주파수 500Hz의 삼각파 전압을 패널에 인가하였다(NF Circuit Block사 제품의 함수 발생기(Function Generator), 상품명: WF1946F를 사용함). 10분간 전압을 인가한 후, 같은 전압 인가를 유지하면서, 365nm의 자외광을 조사하였다(UVP사 제품 자외광, 상품명: UVL-56을 사용함). 조사 조건은 5,000mJ/cm²이었다. 여기서 사용할 일반적인 공업수단에 대한 자세한 내용은 필요에 따라 문헌 'Liquid Crystal Display Techniques' 상교도서(1996, 도쿄), Chapter 6을 참조할 수 있다.

이 패널의 초기분자 배향방향은 러빙방향과 같았다. 이 패널의 전기응답측정은 삼각파 전압의 인가에 의해 아날로그 계조를 나타내었다.

여기서 사용할 일반적인 공업수단에 대한 상세한 내용은 필요에 따라 문헌 'The Optics of Thermotropic Liquid Crystals' Taylor and Francis: 1998, 영국 런던; Chapter 8 및 Chapter 9를 참조할 수 있다.

제조예 2

액정분자 배향막용으로 RN-1199(닛산카가쿠고교사)를 1~1.5°의 프리틸트각 배향물질로서 사용하였다. 경화층으로서의 배향층의 두께를 6,500A~7,000A로 설정하였다. 이 경화배향층의 표면을 레이온포에 의해, 도 21에 나타내는 바와 같이 기판의 중심선에 대하여 30도의 각도를 이루도록 러빙하였다. 러빙의 압입량은 양 기판 모두 0.5mm로 하였다. 스페이서로서 평균입자직경이 1.6 미크론인 이산화규소 입자를 사용한다. 완성된 패널갭은 측정치로 1.8 미크론이었다. 이 패널에서, 시판되는 FLC 혼합물 재료(메르크사: ZLI-4851-100)를 110℃ 온도 등방에서 주입하였다. 혼합재료를 주입한 후, 주변 온도를 제어하여 FLC 재료가 강유전성 액정상을 보일 때까지 (40℃) 1분 동안 1℃의 비율로 서서히 냉각하였다. 스멕틱 A상으로부터 키랄스멕틱 C상(chiral smectic C phase)으로의 이 서냉(徐冷) 과정(75℃에서 40℃까지)에서, +/-2V, 주파수 500Hz의 삼각파 전압을 인가하였다. 패널온도가 40℃에 도달한 후, 인가삼각파 전압을 +/-10V로 올렸다. 그 후, 자연냉각에 의해 패널온도가 실온이 될 때까지 계속해서 인가하였다. 이 패널의 초기분자 배향방향은 대부분의 시야에서 러빙방향과 같았지만, 하지만 매우 한정된 면에서는 +/-20도를 나타내어 러빙각으로부터 벗어났다. 이 패널의 전기응답측정은, 편광현미경 측정에서의 20배 정도의 시야범위의 평균으로서 아날로그 계조 스위칭을 나타내었다.

이 제조예에서, 서냉 단계에서의 너무 큰 전압 인가가 초기 FLC 분자배향을 떨어뜨리는 것이 발견되었다. 예를 들어, 스멕틱 A상을 나타내는 온도에서 +/-5V 정도의 전압을 인가하면, 러빙방향에 따라 힘줄모양의 배향결함이 나타난다. 일단 이러한 형태의 결함이 발생하면, 키랄스멕틱 C상(강유전성 액정상)은 결함을 배제하지 않는다. 서냉에서의 전압 인가는 유효하지만, 하지만 그 조건은 엄밀히 제어되어야 한다. 이 제조예들에 있어서, 스멕틱 A에서 1V/㎛ 이하, 스멕틱 A상으로부터 스멕틱 A상에서 키랄SmC상으로의 전이온도의 10℃ 아래까지에서 1.5V/㎛ 이하, 상전이온도로부터 20℃ 아래까지에서 5V/㎛ 이하, 이보다 낮은 온도범위에서 7.5V/㎛ 이하가 양호한 결과를 얻기 위하여 바람직한 것이 나타났다.

제조예 3

액정분자 배향막용으로 RN-1199(닛산카가쿠고교사)를 1~1.5°의 프리틸트각 배향물질로서 사용하였다. 경화층으로서의 배향층의 두께를 6,500A~7,000A로 설정하였다. 이 경화배향층의 표면을 레이온포에 의해, 도 21에 나타내는 바와 같이 기판의 중심선에 대하여 30도의 각도를 이루도록 러빙하였다. 러빙의 압입량은 양 기 판 모두 0.6mm로 하였다. 스페이서로서 평균입자직경이 1.8 미크론인 이산화규소 입자를 사용한다. 완성된 패널갭은 측정치로 2.0 미크론이었다. 이 패널에서 문헌 Molecular Crystals and The liquid crystals; 'Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties': Vol.243, 77~90페이지(1994)에 기재된 나프탈렌계 FLC 혼합물 재료를 130℃ 온도 등방에서 주입하였다. 이 액정재료의 실온에서의 헬리컬피치는 2.5mm이었다.

액정재료를 주입한 후, 주변 온도를 제어하여 130℃에서부터 1분 동안 1℃의 비율로 강유전성 액정상을 보이는 50℃까지 서서히 냉각하였다. 스멕틱 A상으로부터 키랄스멕틱 C상으로의 이 서냉 과정(90℃에서 50℃까지)에서, +/-1V, 주파수 500Hz의 삼각파 전압을 인가하였다. 패널온도가 50℃에 도달한 후, 인가삼각파 전압을 +/-7V로 올렸다. 그 후, 자연냉각에 의해 패널온도가 실온이 될 때까지 계속해서 인가하였다. 이 패널의 초기분자 배향방향은 대부분의 시야면에서 러빙방향과 같았다. 작고 미세한 면에서만 러빙각으로부터의 +/-17도의 어긋남이 보였다. 이 패널의 전기응답측정은 도 19에 나타내는 바와 같이, 편광현미경 측정에서의 20배 정도의 시야범위의 평균으로서 아날로그 계조 스위칭을 나타내었다. 이 제조예에서, 서냉 동안의 인가전압은 삼각파로 한정되지 않고, 정현파, 구형파(square-wave)에서도 러빙방향과 평행한 초기분자배향을 안정화시키기 위하여 유효한 것도 또한 발견되었다.

상기 제조예에서 얻어진 결과를 아래의 표 1에 정리한다.

제조예의 요약

[표 1]

실시예 1

본 발명의 실시예로서 게이트 전압 제어방식의 일례를 나타낸다. 화소수 320×240의 아모르퍼스 실리콘 TFT 글라스 기판을 이용하여 PSS-LCD 패널을 작성하였다. 이 기판의 대향측은 ITO 일색으로 블랙마스크(BM)만을 패터닝한 글라스 기판으로서 모노크롬 표시(monochrome display)이다. 양 기판 표면에 폴리이미드를 도포하고, 소성한 후에 러빙한다. 러빙은 나일론제 포로 압입량 0.2mm, 러빙롤 회전수 1500rpm, 샘플이송속도 50mm/초로 실시하였다.

2장의 글라스 기판을 마주보게 하여 배접(褙接)하고 액정층의 갭을 일정하게 하기 위하여 입자직경이 1.8㎛인 실리카 스페이서를 이용하였다. 이 실리카 스페이서를 용액에 분산시켜서 글라스 기판 위에 도포하고, 용액이 마른 시점에 배접한다. 이 때 기판 위에 뿌려진 상기 스페이서의 밀도는 1평방mm 당 100개였다. 접착 제로는 2액성 에폭시 수지를 사용하고, 2장의 글라스 기판의 겹쳐진 부분에 도포·충전하여 고정한다.

이 글라스 기판에 PSS-LCD용 액정재료(나노로아사 제품)를 110℃ 등방상으로 주입하여 PSS-LCD 패널을 작성하였다. 이 패널의 광학축방위의 각도는 광학축방위의 확인 결과, 러빙방향과 거의 평행하였다.

상기에 의해 얻은 PSS-LCD 패널에 소스 전압 +5V, 게이트 오프 전압 -18V, 게이트 온 시간 400㎲, 게이트 온 전압 -18V~+18V 사이에서 변화시켰다. 게이트 온 전압을 변화시킴으로써 액정소자 전극부에 공급되는 전하량이 변하기 때문에, 도 8 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 광학응답의 기울기가 상승하였다. 이 때의 측정계는 도 19와 같았다. 종래의 소스 전압을 제어하는 방식에서는, 도 12에 있는 바와 같이 소스 전압에 대한 광량의 기울기 변화는 매우 작지만, 도 13에 나타내는 게이트 온 전압을 변화시킴으로써 전하공급량을 제어하면, 광학응답의 기울기가 연속적으로 변할 수 있어서 누적투과광량에 차이가 있는 것이 확인되었다.

실시예 2

본 발명의 실시예로서 게이트 전압 제어방식과 소스 전압 제어방식을 병용한 일례를 나타낸다. 화소수 320×240의 아모르퍼스 실리콘 TFT 글라스 기판을 이용하여 PSS-LCD 패널을 작성하였다. 이 기판의 대향측은 ITO 일색으로 블랙마스크(BM)만을 패터닝한 글라스 기판으로서 모노크롬 표시이다. 양 기판 표면에 폴리이미드를 도포하고, 소성한 후에 러빙한다. 러빙은 나일론제 포로 압입량 0.2mm, 러빙롤 회전수 1500rpm, 샘플이송속도 50mm/초로 실시하였다.

2장의 글라스 기판을 마주보게 하여 배접하고 액정층의 갭을 일정하게 하기 위하여 입자직경이 1.8㎛인 실리카 스페이서를 이용하였다. 이 실리카 스페이서를 용액에 분산시켜서 글라스 기판 위에 도포하고, 용액이 마른 시점에 배접한다. 이 때 기판 위에 뿌려진 상기 스페이서의 밀도는 1평방mm 당 100개였다. 접착제로는 2액성 에폭시 수지를 사용하고, 2장의 글라스 기판의 겹쳐진 부분에 도포·충전하여 고정한다.

상기에 의해 얻은 PSS-LCD 패널에 소스 전압 0~+10V, 게이트 오프 전압 -18V, 게이트 온 시간 60㎲, 게이트 온 전압 -18V~+18V 사이에서 변화시킨 신호를 인가하였다. 게이트 온 전압을 -18V에서 +18V로 변화시킴으로써 공급하는 전하량을 제어하면서, 더욱이 소스 전압도 제어함으로써 더욱 높은 연색성 표시를 한다. 도 14는 소스 전압을 0V, 2.5V, 5V, 7.5V, 10V의 5계조 표시한 것과, 공급하는 전하량을 제어하여 소스 전압 제어에서의 5계조 사이의 계조를 보완한 것을 나타내고 있다. 이 때의 측정계는 도 28과 같았다. 2개를 병용함으로써 종래 제어보다 4배 높은 계조를 표현할 수 있는 것을 알게 되어, 더욱 높은 연색성 표시가 가능한 것이 확인되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광학응답속도를 높였을 경우에도 표시 품질의 저하를 피할 수 있는 액정 디바이스를 얻을 수 있다.

Claims

각각의 내측(액정재료를 배치할 쪽)에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위한 전하공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스로서;

상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화에 따라, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 액정소자가, 10~2V/㎛ 수준의 인가 전기장의 크기 및/또는 방향에 따른 광학축방위의 회전이 가능한 액정소자인 액정 디바이스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 액정소자가, 1ms 수준의 고속응답이 가능한 액정재료인 액정 디바이스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정소자가, 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자이며; 또한, 상기 액정소자 중의 초기분자배향이 액정재료에 대한 배향처리방향과 평행 또는 거의 평행한 방향을 가지고, 또한 액정재료 가 외부인가전압의 부재하에서 한쌍의 기판에 대하여 수직한 자발분극을 거의 나타내지 않는 액정소자인 액정 디바이스.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량의 변화가 정기장 강도의 시간미분값, 액정소자를 투과하는 누적광량, 각 화소에 대응하는 전압, 게이트 온 시간으로부터 선택되는 적어도 1종류의 파라메터에 근거하는 액정 디바이스.
제 5 항에 있어서,

각 화소에 대응하는 전압이, 상기 각 화소에 각각 대응하는 각 TFT(박막 트랜지스터)의 전압인 액정 디바이스.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전하공급수단이, 소스 전압에 맞추어 게이트 전압을 연동시키면서 일정한 전위차로 변화시키는 게이트 전압 공급수단과; 전회 화소에 보유한 전하에 의한 전위차인 드레인 전압에 맞추어 소스 전압을 인가할 수 있는 소스 전압 공급수단을 적어도 포함하는 액정 디바이스.
각각의 내측에 전극을 가지는 한쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정재료를 적어도 포함하는 액정소자와, 상기 액정소자에 전하를 공급하기 위 한 전하공급수단을 포함하는 액정 디바이스의 구동방법으로서;

상기 전하공급수단으로부터 상기 한쌍의 전극 사이에 공급할 전하량을 변화시킴으로써, 액정소자에서의 액정분자의 배향을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동방법.
제 8 항에 있어서,

상기 액정소자에 공급하는 전하량을 제어함으로써, 상기 액정소자에 인가되는 전기장 강도의 시간에 대한 전기장 강도의 시간미분값인 증가율 또는 감소율을 제어하는 구동방법.
제 8 항에 있어서,

상기 액정소자에 인가하는 전기장 강도의 시간미분값을 제어함으로써, 상기 액정소자를 투과하는 광의 누적광량을 연속적으로 제어하여 계조표시하는 구동방법.
제 8 항에 있어서,

상기 전하공급수단이 TFT를 포함하고, 또한 TFT의 각 전압 및/또는 게이트 온 시간을 제어함으로써 전기장 강도의 시간미분값을 제어하는 구동방법.