KR100235168B1

KR100235168B1 - 반사형 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100235168B1
Application number: KR1019970033027A
Authority: KR
Inventors: 야스히사 이토; 나오후미 기무라
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-12-15
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: KR980010512A; TW460739B; US5856859A; JPH1031207A; JP3222773B2

Abstract

반사형 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판과 상기 한 쌍의 기판 사이에 끼워져 있는 액정층을 포함한다. 상기 액정층은 액정 재료와 그 안에 함유된 이색성 색소를 포함하고 기판 근처의 액정 분자들의 긴축은 기판에 대하여 실질적으로 평행하다. 반사형 액정 표시 장치의 복수개의 파라미터들은 값 K_M, 색소 농도 c 및 액정층의 두께 d 의 곱 K_Mcd가 3.0S²- 7.3S + 5.7 ≤ K_Mcd ≤ 14.7S²- 15.1S + 6.15를 만족하도록 설정된다. 여기서, 상기 K_M은 상기 액정 분자들에 대하여 실질적으로 평행하면서 수직인 직선 편광의 흡광 계수에 의해 정의된 값이고, S는 상기 액정층의 오더 파라미터이다.

Description

반사형 액정 표시 장치

본 발명은 밝은 표시를 실현하는 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 이 장치의 외부 광을 변조함에 의해 표시를 수행하는 비발광 장치이다. 따라서, 액정 표시 장치에서 전력 소모는 낮다. 게다가, 얇고 경량이다. 이러한 뛰어난 특성을 가지기 때문에, 시계, 계산기, 컴퓨터 단말, 워드 프로세서, TV 등의 정보 표시 장치에 널리 이용되고 있다.

최근, ＂고도 정보화 사회＂라는 신조어에 의해 대표되는 것 처럼, 정보의 유통량은 증대되어 왔다. 따라서, 개인적인 정보의 수집이나 선택에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 배경에서, PDA 같은 개인적인 휴대용 정보 장치의 필요성을 널리 인식되게 되었다. 그러한 장치는 오랫동안 갈망해 왔고, 이제 적극적으로 개발하고 있다.

이러한 휴대용 정보 장치에 있어서, 인간-기계 인터페이스로서의 정보 표시 장치는 중요한 역할을 하며, 이 휴대용 정보 장치의 키 디바이스(key-device)로 고려된다. 이러한 휴대용 정보 장치의 표시 장치는 얇고, 경량이며, 대용량의 정보를 표시할 수 있으며, 선명도가 뛰어나고, 전원 소비가 낮은 것이 요구된다. 액정 표시 장치는 이러한 요구를 충족시키도록 개발되어 왔다.

특히, 반사형 액정 표시 장치는 외부광을 효율적으로 사용하기 때문에 액정 표시 장치에 본래 가지고 있는 낮은 전력 소비를 충분히 발휘하는 적절한 표시 장치일 수 있다.

그러나, 현재 바람직한 모드들인 TN 혹은 STN 모드가 역광을 사용하지 않는 반사형 액정 표시 장치에 사용될 때, 두개의 편광자가 이 장치에 제공되도록 요구되기 때문에, 어두운 표시가 된다. 따라서, TN 혹은 STN 모드는 흑백의 반사형 액정 표시 장치에만 사용될 수 있지만, 칼라 반사형 액정 표시 장치는 반드시 칼라 필터 뿐만 아니라 편광자가 제공되어져야만 하기 때문에, 칼라 반사형 액정 표시 장치에는 사용되지 않았고, 따라서, 실용적인 밝기가 달성될 수 없었다.

그리하여, 종래에는, 게스트-호스트 모드(이하 ＂GH 모드＂로써 참조됨)가 주로 칼라 반사형 액정 표시 장치에 사용되어 왔다. 이 표시 모드에 있어서, 이색성 색소는 액정 재료에서 용매로서 용해되고, 표시는 이색성 색소의 흡광 계수의 이방성을 이용하여 수행된다. 따라서, 칼라 표시는 편광자나 칼라 필터 없이도 인가된 전계로 액정 분자의 배향을 제어하고 이와 동시에 색소 분자의 배향 방향을 변화시킴에 의해 실현될 수 있다.

종래의 반사형 GH 표시 장치에 있어서는, 표시의 콘트라스트(contrast)와 밝기같은 표시 특성의 향상과 동시에 액정 분자가 인가된 전압의 존재 여부에 따라 배향을 가지게 되는 방식을 단순화하는 것을 논의하여 왔다. 그러나, 특성의 향상은 종래의 이론에 근거하여 적절하게 논의되지 않았는데, 그 이유는 실제로, 액정 분자의 배향은 실제 액정 표시 장치에 인가되는 전압 처럼 보다 복잡한 방식으로 변화하기 때문이다.

본 발명의 목적은 높은 밝기와 콘트라스트를 가진 표시를 구현할 수 있는 반사형 액정 표시 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광학적 밝기와 높은 콘트라스트가 실현될 수 있는 물성치의 범위를 일일히 나열하여 설계를 간편하게 할 수 있는 반사형 액정 표시 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 한 관점에 따르면, 반사형 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판과; 상기 한 쌍의 기판 사이에 끼워져 있는 액정층을 포함하되, 상기 액정층은 포지티브 유전율 이방성을 가지는 액정 재료로 형성되고, 상기 액정 재료의 분자의 긴축은 상기 기판에 대해 실질적으로 평행하고, 상기 액정 재료는 그 안에 혼합된 이색성 색소를 포함한다. 값 K_M, 색소 농도 c％ 및 액정층의 두께 d ㎛의 곱 K_Mcd는 3.0S²- 7.3S + 5.7 ≤ K_Mcd ≤ 14.7S²- 15.1S + 6.15을 만족하도록 설정된다.

여기서, 값 K_M은 K_M= 3k₁/(1 + 2S) 혹은 K_M= 3k₂/(1 - S)으로 표현된다.

K₁은 액정 분자에 실질적으로 평행한 직선 편광의 흡광 계수를 나타내고; K₂는 액정 분자에 실질적으로 수직인 직선 편광의 흡광 계수를 나타내며; S는 그 안에 혼합된 이색성 색소를 포함하는 액정 재료의 오더 파라미터(order parameter)를 나타내고, 액정층에 인가되는 전압의 실효값은 약 0V 내지 5V의 범위내에 있다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 자발적으로 트위스트(twist) 구조를 가지는 키랄(chiral) 물질이 액정 재료에 첨가되기 때문에, 액정층은 트위스트 구조를 가지게 된다.

이하, 이러한 구성에 기인한 본 발명의 기능이 기술될 것이다.

값 K_M, 색소 농도 c％ 및 액정층의 두께 d ㎛의 곱 K_Mcd가 전술한 관계를 만족하도록 설계된 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 높은 밝기와 높은 콘트라스트를 가지는 표시가 실현될 수 있다. 게다가, 물성치의 범위를 일일히 지정함에 의해 최적의 밝기와 높은 콘트라스트가 실현될 수 있기에, 반사형 액정 표시 장치를 설계하는데 있어서의 증가된 자유도와 그러한 설계의 간편성이 제공된다.

또한, 키랄 물질을 액정 재료에 첨가함에 의해, 광은 인가된 전압이 없을때 보다 효율적으로 흡수될 수 있기 때문에 좀 더 높은 콘트라스트의 표시를 실현하는 것이 가능하다.

그리하여, 이하에 기술된 발명은 어떻게 액정 분자가 배향되는지와 어떻게 이색성 색소가 인가된 전압의 존재 여부에 따라 배향되는지에 대한 면밀한 조사를 통하여 높은 밝기와 높은 콘트라스트를 적합하게 실현하기 위하여 파라미터를 최적화하는 동시에 뛰어난 표시 질을 가지는 반사형 액정 표시 장치를 제공하는 이점을 가능하게 한다.

본 발명의 이러한 이점은 첨부된 도면을 참조하여 후속되는 상세 설명을 읽고 이해할 수 있는 본 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 값 K_Mcd와 오더 파라미터의 최적 범위를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명의 일 예에 따라 액정 표시 장치의 구성을 나타낸 개략적인 도면.

도 3은 천이 모멘트(moment)와 색소 분자의 긴축 사이의 각에 관련하여 흡광 계수내에서의 변화를 나타낸 그래프.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1a, 1b : 투명 기판

2 : 반사판

3 : 투명 전극

4a, 4b : 배향막

5 : 액정층

10 : 변조 제어기

101 : 액정 표시 장치

먼저, 본 발명의 원리가 기술될 것이다.

반사형 액정 표시 장치에 있어서, 밝기와 콘트라스트는 서로에 대해 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있다. 즉, 밝기가 콘트라스트보다 중시될 때, 콘트라스트는 낮게 될 수 있다. 유사하게, 콘트라스트가 밝기보다 중시될 때, 표시는 어둡게될 수 있다. 이것은 콘트라스트와 밝기가 색소 농도에 의해 결정되는 GH 표시 모드에 유사하게 적용된다. 즉, 통상적으로, 색소 농도가 증가함에 따라, 높은 콘트라스트가 구해질 수 없다.

일반적으로, 색소를 포함하는 것에 의해 광을 흡수하는 매질(medium)의 투과율 T는 색소의 흡광 계수 α [/㎛], 색소 농도 c [％] 및 매질의 두께 d [/㎛]의 함수이다. 투과율 T는 T = e^-αcd에 의해 나타날 수 있다.

GH 표시 모드에 있어서, 광은 기본적으로 전술한 식에 의해 표현되는 것과 같은 원리를 기초하여 흡수된다. 그러나, GH 표시 모드에 사용되는 색소는 통상적으로 이색성을 표시하고 액정 재료에 용해되기 때문에, 그 분자 배향이 복잡하다. 또한, GH 표시 모드에 있어서, 흡광 계수 α는 표시에 크게 영향을 미치는 오더 파라미터 S의 함수이다. 즉, 주어진 색소에 대하여, 투과율 T는 색소 농도, 셀 두께 및 오더 파라미터의 함수이다.

K_M[/㎛]은 색소의 천이 모멘트의 크기를 나타내고; c [％]는 색소 농도를 나타내며; d [㎛]는 액정층의 두께를 나타내고; S는 그 안에 혼합된 색소를 포함하는 액정 재료의 오더 파라미터를 나타내고, 색소의 천이 모멘트가 색소 분자의 긴축에 평행하다고 가정할 때, 흡광 계수 K₁과 K₂(색소 분자의 긴축 방향에 평행한 편광자를 가지는 직선 편광과 색소 분자의 긴축 방향에 수직인 편광자를 가지는 직선 편광 각각에 대하여)는 K₁= K_M(1 + 2S)/3 이고, K₂= K_M(1 - S)/3 과 같이 표현될 수 있다.

이론적으로, 색소 분자의 천이 모멘트는 색소 분자의 긴축에 관련된 어떤 각도가 되고, 그리하여 이 천이 모멘트는 색소 분자의 긴축에 관련된 회전 자유도를 가진다. 따라서, 색소 분자의 천이 모멘트는 그 공간적인 평균치에 기초하여 논의되어야만 한다. 그러나, 실제적으로 사용할 수 있는 이색성 색소 예를 들면, 아조(azo)계 색소 및 안트라퀴논(anthraquinone)계 색소에 대하여, 색소 분자의 긴축과 천이 모멘트 사이의 각은 작다. 또한, 실제로, 흡광 계수는 액정 재료의 다이렉터(director)에 대해 수평이거나 수직인 광의 값인 것 처럼 통상적으로 논의되었다. 따라서, 천이 모멘트는 색소 분자의 긴축에 대하여 평행하다고 가정된다.

도 3은 색소 분자의 긴축과 상기 천이 모멘트 사이의 각에 의존하는 흡광 계수에서의 변화를 계산한 결과를 나타낸다. 도 3에 있어서, 상기 횡축은 색소 분자의 긴축과 천이 모멘트 사이의 각 β를 나타내는 반면에, 종축은 색소 분자의 긴축에 평행한 방향의 직선 편광에 있는 색소 분자의 흡광 계수를 나타낸다. 여기서, 흡광 계수는 β = 0 (예를 들면, 색소의 천이 모멘트는 긴축에 평행함)일 때 1이 되는 값이 정상화된 것이다. 색소 분자의 흡광 계수는 f(β) = Ssin²β/2 + (1 - S)/3 + S(2 - 3sin²β)/2 에 기초하여 계산된다.

이 식에서 파라미터는 색소가 그 안에 혼합될 때의 GH 액정 재료의 오더 파라미터 S이다. 명백한 오더 파라미터가 실용 불가능하게 되지 않도록 오더 파라미터가 네마틱(nematic) 위상 액정 재료에서 보다 0.9를 초월하지 않으며, β가 15°혹은 그 이하로 설정될 때 흡광 계수의 차는 7％ 혹은 그 이하가 된다는 것을 도 3으로 부터 이해할 수 있다. 이것은 실제로, 색소의 천이 모멘트가 색소 분자의 긴축에 평행하다고 가정할 수 있다는 것을 제시한다.

이색성 색소 분자들이 용액중에 랜덤(random)하게 배향된다고 가정할 때, 흡광 계수 α는 α = (2k₂+ k₁)/3 과 같이 표현될 수 있다.

액정 재료에 있어서, 이색성 색소 분자들은 액정 분자들과 같은 형태로 배향되기에, 그 결과, 이색성을 표시한다. 예를 들면, 액정 분자들과 이색성 색소 분자들이 동종으로 배열되는 GH 액정 표시 장치의 반사율 R은 전압의 무인가시 자연광에 대하여 R = {e^f(k1)+ e^f(k2)}/2 으로 표현될 수 있다.

여기서, f(x) = -2xcd 이다.

반사형 GH 액정 표시 장치는 빛의 배향 상태를 보존한다. 그러나, 실제로, 액정 분자의 배향이 다른 것 처럼, 액정 재료 내부에 광의 전파 상태도 다르기에, 실효적인 광의 흡수도 다르고, 이에 의해 함수 f(x)의 값도 다르다.

반사형 GH 액정 표시 장치의 콘트라스트(contrast) 및 밝기에 관련된 상기 원리의 관점에서, 각기 설정되는 색소 농도 c와 셀 두께 d의 값을 결정하는 것이 중요하다. 즉, 곱 K_Mcd(색소의 천이 모멘트의 크기 k_M, 색소 농도 c, 및 셀 두께 d)가 크게 되도록 설정함에 의해, 빛의 흡수는 증가하기 때문에, 전압의 무인가시에 블랙 표시를 할 때 반사가 충분히 억제될 수 있다. 그리하여, 양호한 콘트라스트가 얻어질 수 있다. 그러나, 전압의 인가시에 화이트 표시를 수행할 때, 이 표시는 배향층(alignment layer)의 표면 근처에서 액정 분자의 영향으로 어둡게 된다. 그러한 이유는 다음과 같다. 이상적으로 충분한 전압이 인가될 때, 액정 분자가 기판에 대하여 실질적으로 수직이 되도록 배향되고, 색소 분자는 기판에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 향하고, 이에 의해 빛의 흡수가 줄어들 수 있다. 그러나, 액정 표시 장치가 실제의 TFT 등의 능동 소자에 의해 구동될 때, 인가될 수 있는 최대 전압의 실효값은 약 5V 정도이다. 이러한 전압이 인가될 때, 배향막의 근처에 존재하는 액정 분자의 배향은 기판에 대하여 평행하도록 유지되기에 광이 흡수된다. 따라서, K_M의 하한은 소망의 콘트라스트가 얻어지도록 최소치로 설정되어야 한다고 제시되었다(예를 들면, 그 값은 색소 농도나 셀 두께가 어떤 낮은 값으로 감소된다면 얻어질 수 없다).

또한, 값 K_Mcd가 감소됨에 따라, 빛의 흡수는 감소하고, 이에 의해 표시 표면의 근처에 존재하는 액정 분자가 전압의 인가시 배향되지 않은 채로 유지된다 할지라도 화이트 표시를 수행할 때에는 충분한 밝기가 보장된다. 그러나, 전압의 무인가시에 블랙 표시를 수행할 때, 광은 충분하게 흡수되지 않으며, 이에 의해 양호한 콘트라스트는 얻어질 수 없다. 이러한 관점에서, K_Mcd의 상한은 소망의 밝기가 얻어질 수 있는 최대값으로 설정되어야만 한다(예를 들면, 그 값은 만약 색소 농도나 셀 두께가 어떤 높은 값으로 증가된다면 소망의 밝기가 얻어질 수 있는 값이다).

반사형 GH 액정 표시 장치에 있어서, 본 발명의 발명자들은 또한 밝기 및 콘트라스트의 값을 검사하여 다음과 같은 것을 발견하였다. K_Mcd의 상한을 결정하는 밝기에 관련하여, 흑백 표시 및 칼라 표시를 실현하기 위하여 액정 셀(칼라 필터 등을 포함하지 않는 것)만을 관찰할 때 처럼 약 40％ 혹은 그 이상(보다 바람직하기로는 약 45％ 혹은 그 이상)의 반사를 가지는 것이 필요하다. 유사하게, K_Mcd의 하한을 결정하는 콘트라스트에 관련하여, 약 3.5 혹은 그 이상(보다 바람직하기로는 약 4.0 혹은 그 이상)의 콘트라스트를 가지는 것이 필요하다. 그러한 값으로 콘트라스트와 밝기를 설정하는 이유는 후술되는 것과 같다.

예를 들면, 심리 물리적인 주관 평가가 반사형 액정 표시 장치에 있어서의 콘트라스트 및 밝기에 대하여 행하여지는 연구 보고(일본의 전기 정보 통신 학회 기술 연구 보고 Vol. 95, No. 526, p.p. 113∼118)는 밝기 및 콘트라스트가 서로 강하게 상관있다는 것을 나타낸다. 즉, 표시가 밝게됨에 따라, 콘트라스트가 낮아지고, 유사하게 콘트라스트가 커짐에 따라, 밝기가 낮아진다. 주관 평가에서 콘트라스트와 밝기의 영향은 이 보고에서 또한 논의된다. 밝기가 약 40％로 설정될 때, 예를 들면, 약 3.5인 콘트라스트는 관찰자의 인내의 한도 영역의 경계상에 있고, 통계적으로는 95％의 신뢰 간격상에 있다고 고려된다.

상기 신뢰 간격 상에서 약 40％의 밝기와 약 3.5의 콘트라스트를 가지는 표시에 대하여, 반사가 약 45％ 혹은 그 이상이 되도록 증가되거나 콘트라스트가 약 4.0 혹은 그 이상이 되도록 증가된다면, 거의 모든 관찰자가 인내할 수 있는 좀 더 바람직한 특성이 실현 가능하다.

또한, 콘트라스트에 관련하여, 전술한 바와 같이 콘트라스트를 약 4.0 혹은 그 이상이 되도록 설정함에 의해, 칼라 표시가 마이크로 칼라 필터를 사용하여 수행될 때 칼라 혼합의 발생을 억제하는 것이 가능하고, 이에 의해 색 재현성이 양호한 표시가 실현 가능하다.

본 발명에서 표준 밝기가 신문의 밝기와 동일하거나 그 이상으로 설정되기에 밝기는 전술한 토론에서 약 40％가 되도록 설정된다. 신문의 밝기가 약 40∼60％라는 사실의 관점에서, 최저로 필요한 밝기가 본 발명에서 약 40％가 되도록 설정된다.

전술한 사실을 종합적으로 고려하면, 밝기는 약 40％이거나 그 이상(보다 바람직하기로는 45％이거나 그 이상)이며, 콘트라스트는 약 3.5이거나 그 이상(보다 바람직하기로는 4.0이거나 그 이상)인 상태를 충족시키는 반사형 액정 표시 장치를 설계하도록 결정되었다. 이 명세서 내에서 사용된 용어 ＂밝기＂는 관찰된 상기 연구 보고에서의 화이트 이미지의 발광 반사율(luminous reflectance) ＂Yw＂에 상응한다.

도 1은 전술한 사실들을 그래프로 나타낸다. 도면에서, 인가된 전압의 실효치는 약 0∼5V의 범위내에 있다고 가정된다. 액정 분자들과 이색성 색소 분자들이 동종 배열내에 있는 GH 액정 표시 장치에 있어서, 인가된 전압이 증가함에 따라, 기판 근처의 액정 분자들은 색소 분자들이 동시에 상승되는 동안 상승된다. 그리하여, 표시는 더 밝게 된다. 그러나, 인가된 전압이 증가함에 따라, 전력 소비도 증가한다. 이것은 반사형 액정 표시 장치내에서 고유하게 있는 저 전력 소비의 특징을 손상시킨다. 또한, 대용량의 정보를 표시할 때, 각 화소에 대한 TFT 혹은 MIM 등과 같은 능동 소자를 제공하고 이 능동 소자들을 사용하여 액정 표시 장치를 구동하는데 필요하다. 실용상으로, 능동 소자들을 사용하는 액정 표시 장치는 통상적으로 액정층을 가로질러 인가되는 약 0∼5V의 실효 전압으로 구동된다. 따라서, 파라미터에 대한 값은 그 범위로 구동 전압을 한정시켜 결정된다. 도 1에서 사선이 표시된 영역은 반사형 GH 액정 표시 장치에 있어서 약 3.5 혹은 그 이상인 콘트라스트와 약 40％ 혹은 그 이상인 밝기를 가지는 표시를 허용하는 K_Mcd와 S의 범위를 나타낸다. 각 파라미터는 소망의 표시 품질을 실현하기 위하여 그 범위내에서 설정될 수 있다. 즉, 콘트라스트가 밝기 보다 선호될 때, 색소 농도 c와 셀 두께 d는 사용된 GH 액정 재료의 오더 파라미터 S에 따라 결정되어야만 하는 반면에, 값 K_Mcd는 약 40％의 밝기가 달성될 수 있는 최대값으로 설정된다.

실험식으로 전술한 범위를 실제로 표현하기 위하여, 약 3.5의 콘트라스트를 만족하는 곡선은 다음 수학식 1로 표현된다.

K_Mcd = 3.0S²- 7.3S + 5.7

유사하게, 약 4.0의 콘트라스트를 만족하는 곡선은 다음 수학식 2로 표현된다.

K_Mcd = 4.2S²- 9.2S + 6.7

또한, 약 40％의 밝기를 만족하는 곡선은 다음 수학식 3으로 표현된다.

K_Mcd = 14.7S²- 15.1S + 6.15

유사하게, 약 45％의 밝기를 만족하는 곡선은 다음 수학식 4로 표현된다.

K_Mcd = 12.8S²- 13.5S + 5.55

또한, 수학식들 (1)∼(4)의 곡선은 도 1에 나타난다. 전술한 결과에 기초하여, 약 40％ 혹은 그 이상의 밝기와 약 3.5 혹은 그 이상의 콘트라스트의 특성을 실현하기 위하여, 색소 농도 c와 셀 두께 d는 3.0S²- 7.3S + 5.7 ≤ K_Mcd ≤ 14.7S²- 15.1S + 6.15에 의해 정의되는 범위 내에서 설정되어야만 한다.

약 45％ 혹은 그 이상의 밝기와 약 4.0 혹은 그 이상의 콘트라스트의 특성을 실현하기 위하여, 색소 농도 c와 셀 두께 d는 4.2S²- 9.2S + 6.7 ≤ K_Mcd ≤ 12.8S²- 13.5S + 5.55에 의해 정의되는 범위 내에서 설정되어야만 한다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예가 기술될 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 액정 표시 장치의 특성을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 액정 표시 장치는 소정의 간격을 가지고 서로 대향하는 투명 기판들 1a와 1b를 포함한다. 표시 전극들로서 제공되는 반사판(2)과 액정 분자의 배향을 배열하기 위한 배향막(4a)은 기판(1a)상에 제공된다. 유사하게, 기판(1b)상에 투명 전극(3)과 배향막(4b)이 제공된다. 액정층(5)는 두 배향막들 (4a)와 (4b) 사이에 제공된다. 이 액정층(5)은 이색성 색소 및 그 안에 혼합된 키랄(chiral) 물질을 포함한다. 여기서, 포지티브 유전 이방성을 가지는 액정 재료는 호스트 재료(host material)로서 사용된다. 액정층(5)는 이색성 색소로 인해 광을 흡수하고 거기에 첨가된 키랄 물질로 인해 트위스트 구조(twisted structure)를 가진다. 그리하여, 광이 전압의 무인가시 효율적으로 흡수되기에, 블랙 표시를 수행할 때, 반사는 충분히 낮게 되도록 억제된다. 그 결과, 높은 콘트라스트 표시는 실현될 수 있다.

액정 분자들의 배향을 변화시키기 위한 변조 제어기(10)는 반사판(2)과 투명 전극(3)에 연결되며, 이들 둘은 표시 전극들로서 제공된다. 액정 분자들의 배향은 인가된 표시 전압에 의해 발생된 외부 자계가 있는 전계에 의해 제어되기에, 액정층(5)을 통하여 패스되는 광의 강도는 변조되고 제어된다. 전술한 바와 같이 변조 제어기(10)를 가지는 트위스트 구조의 GH 액정 표시 장치를 결합함에 의해, 광학 장치와 같은 액정 표시 장치(101)는 그곳을 통해 패스되는 광 강도를 변조할 수 있다.

이하, 전술한 구성을 가지는 액정 표시를 제조하기 위한 방법의 일예를 설명할 것이다. 약 1.1㎜ 두께의 글래스(glass) 기판(예를 들면, ＂7059＂ : 코닝 일본)은 기판들 (1a)와 (1b)로서 사용된다. 알루미늄은 반사 전극을 형성하기 위하여 글래스 기판(1a) 상에 스퍼터링(sputtering)된다. 미세한 오목/볼록 부분들은 글래스 기판(1a)상에 형성된다. 이 오목/볼록 부분들은 예를 들면, 연마하여 글래스 기판의 표면을 울퉁불퉁하게 한 후 플루오르화 수소산으로 표면을 식각함에 의해 형성된다. 이들 단계들을 통하여, 산란성을 가지는 반사 전극들이 제조된다. 또한, 전극(3)은 투명 기판(1b)상에 ITO막을 스퍼터링함에 의해 형성된다.

배향막들 (4a)와 (4b)는 스핀-코팅 폴리미드(spin-coating polymide; ＂SE-150＂: 일산화학사)를 균일하게 형성하여, 그 폴리미드막을 소결시키고, 이어 그 막을 마찰시킨다. 이 마찰 공정은 기판들 (1a)와 (1b)간의 서로의 관점에서 약 240°로 트위스트된 마찰 방향을 실현하기 위하여 수행된다.

이하, 변하지 않는 기판들 (1a)와 (1b)간의 간격을 유지하기 위하여, 약 5㎛의 그레인(grain) 지름을 가지는 글래스 파이버 스페이서(glass fiber spacer; 도시되지 않음)들은 기판들 (1a)와 (1b)중의 하나상에 분산되고, 그 안에 혼합된 약 5.3㎛의 그레인 지름을 가지는 파이버 스페이서들을 함유하는 접착성의 시일링 멤버(sealing member)는 시일링층(도시되지 않음)처럼 스크린 인쇄되고, 시일링부를 형성함에 의해 두 기판들이 서로 접착된다. 그리고, 액정 재료는 그들 간의 공간을 비운후에 가스 압력으로 기판들 사이에 주입된다. 그리하여, GH 액정 표시 장치가 제조된다.

액정층(5; 셀 갭)의 두께가 본 실시예에서 약 5㎛로 설정될지라도, 이 두께는 거기에 국한되지 않는다. 사실상, 이 두께는 광을 충분하기에 흡수할 정도의 어떤 값을 취할 수 있고, 실용적인 응답비를 구할 수 있다. 통상적으로, 그 두께는 약 2∼15㎛이다.

또한, 전압의 인가시에 균일한 액정 분자들의 배향을 얻기 위하여, 이 액정 분자들은 기판의 표면으로 부터 약간 경사질 필요가 있다. 소위 ＂프리틸트 각(pretilt angle)＂은 마찰 상태를 변경하여 제어될 수 있다고 공지되어 있다.

GH 액정 재료는 다음과 같이 준비된다. 몇가지 형태의 아조계 및 안트라퀴논계 이색성 색소의 약 1∼5wt％가 호스트 액정 재료(＂ZL1-4792＂: 메르크사)에 첨가되어, 흑백 표시를 가능하도록 색상이 조절된다. 또한, 액정 재료에 자발적인 트위스트(twist)를 주기 위하여, 광학 활성 물질(＂S-811＂: 메르크사)의 수 wt％가 액정 재료에 첨가되어 피치 p와 셀 갭 d의 비 d/p가 대략 0.5가 되도록 조절된다.

비 d/p는 전술한 값에 국한되지 않는다. 본 실시예에 있어서, 예를 들면, d/p는 약 0.42∼0.91의 범위 내에서의 어떤 값을 취할 수 있다. 배향막의 종류나 액정 재료에 의존하지만, d/p의 값이 너무 클 때 스트라이프 도메인(stripe domain)이 발생할 수 있기에, 양호한 표시가 실현될 수 없다. 따라서, 사용된 액정 재료와 배향막 재료에 대한 임계 d/p 마진을 미리 체크하는 것과, 셀 두께의 비와 액정 재료의 자발적인 피치를 조절하는 것이 필요하다.

색소 농도는 도 1에 기초하여 설정된다. 본 실시예에서 사용된 GH 액정 재료의 오더 파라미터가 약 0.76이기 때문에, 값 K_Mcd는 콘트라스트보다 밝기를 선호하는 약 2.7로 설정된다. 그러한 형태로 제조된 반사형 GH 액정 표시 장치는 전압의 인가시에 약 4.0의 콘트라스트와 46％의 밝기를 가지는 높은 밝기 및 콘트라스트를 나타낸다. 전술한 밝기가 반사판만을 가지고 관찰된 반사율로 부터 계산됨에 유의하여야 한다.

본 실시예에 있어서, 약 240°의 트위스트 각을 가지는 GH 표시 모드는 양호한 밝기와 콘트라스트를 얻는 동시에 복수개의 그레이 레벨(grey level)을 가지는 이미지를 나타낼 수 있도록 사용된다. 그러나, 이 트위스트 각은 거기에 국한되지 않는다.

또한, 능동 소자가 제공되지 않는 기판은 본 실시예에서 기판(1a)처럼 사용된다. 그러나, 대용량의 정보는 본 실시예와 TFT 혹은 MIM 등의 능동 소자를 결합하여 표시될 수 있음이 명백하다.

게다가, 흑백 표시만이 본 실시예에서 논의되었음에도 불구하고, 칼라 표시는 본 실시예와 공지된 마이크로 칼라 필터를 결합하여 실현될 수 있음이 명백하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반사형 액정 표시 장치는 값 K_M, 색소 농도 c％ 및 액정층의 두께 d㎛의 곱 K_Mcd가 전술한 관계를 충족시키도록 설계된다. 따라서, 높은 밝기와 콘트라스트를 가진 표시가 실현될 수 있다. 또한, 광학적 밝기와 높은 콘트라스트가 실현될 수 있는 물성치의 범위를 일일히 나열함으로써, 반사형 액정 표시 장치를 설계하는데 자유도가 증가되며, 이로 인해 그러한 설계가 간편해 진다.

또한, 키랄 재료를 액정 재료에 부가함으로써, 광이 전압의 무인가시에 좀 더 효율적으로 흡수될 수 있기 때문에 좀 더 높은 콘트라스트를 가지는 표시를 실현하는 것이 가능하다.

다양한 다른 변형들은 본 발명의 기술적 사상과 범위에 동떨어짐 없이 본 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 기술적 사상과 범위는 그 안에 설정된 설명에 국한되는 것을 의미하지 않을 뿐만 아니라, 청구범위가 넓게 구성되는 것을 의미하지도 않는다.

Claims

반사형 액정 표시 장치에 있어서:

한 쌍의 기판과;

상기 한 쌍의 기판 사이에 끼워져 있는 액정층을 포함하되, 상기 액정층은 포지티브 유전율 이방성을 가지는 액정 재료로 형성되고, 상기 기판 근처의 상기 액정 재료의 분자들의 긴축은 상기 기판에 대해 실질적으로 평행하며, 상기 액정 재료는 그 안에 혼합된 이색성 색소를 포함하고,

값 K_M, 색소 농도 c％ 및 액정층의 두께 d ㎛의 곱 K_Mcd는

3.0S²- 7.3S + 5.7 ≤ K_Mcd ≤ 14.7S²- 15.1S + 6.15를 만족하도록 설정되고, 여기서 상기 값 K_M은 K_M= 3k₁/(1 + 2S) 혹은 K_M= 3k₂/(1 - S) 로 표현되며,

여기서 K₁은 상기 액정 분자들에 대하여 실질적으로 평행한 직선 편광의 흡광 계수를 나타내고; K₂는 상기 액정 분자들에 대하여 실질적으로 수직인 직선 편광의 흡광 계수를 나타내며; S는 그 안에 혼합된 상기 이색성 색소를 포함하는 상기 액정 재료의 오더 파라미터(order parameter)를 나타내고, 상기 액정층 양단에 인가된 전압의 실효값은 약 0V 내지 5V의 범위내에 있음을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 자발적으로 트위스트 구조(twisted structure)를 가지는 키랄 물질(chiral material)이 상기 액정 재료에 첨가됨에 의해, 상기 액정층이 트위스트 구조를 가지게 되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.