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KR100703905B1 - 표시 소자 및 표시 장치 - Google Patents

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KR100703905B1
KR100703905B1 KR1020050003806A KR20050003806A KR100703905B1 KR 100703905 B1 KR100703905 B1 KR 100703905B1 KR 1020050003806 A KR1020050003806 A KR 1020050003806A KR 20050003806 A KR20050003806 A KR 20050003806A KR 100703905 B1 KR100703905 B1 KR 100703905B1
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시바하라세이지
이시하라쇼이찌
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

각 기판에서의 한쪽의 면에, 전극을 설치함과 함께, 양 전극을 피복하도록, 러빙 처리를 실시한 배향막을 각 기판에 접착한다. 또한, 각 기판에서의 다른쪽의 면에, 편광판을, 배향막의 러빙 방향과 편광판의 흡수축 방향이 각각 일치하도록 접착한다. 그리고, 양 기판에 접착한 배향막의 러빙 방향이 서로 직교하도록, 양 기판에서의 한쪽의 면을 대향시킨다. 또한 양 기판 사이에 형성된 간극인 물질층에, 네가티브형 액정성을 갖는 매질을 봉입한다. 이에 의해, 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자에서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감시킬 수 있다.
배향막, 외장, 유기 박막, 폴리이미드

Description

표시 소자 및 표시 장치{DISPLAY ELEMENT AND DISPLAY DEVICE}
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자에서의, 전계 무인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이며, 도 1의 (b)는 본 발명의 표시 소자에서의, 전계 인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자에서의, 배향막의 러빙 방향 및 편광판의 흡수축 방향을 도시하는 설명도.
도 4는 비교용 표시 소자에서의, 배향막의 러빙 방향 및 편광판의 흡수축 방향을 도시하는 설명도.
도 5의 (a)는 비교용 표시 소자에서의, 전계 무인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이며, 도 5의 (b)는 비교용 표시 소자에서의, 전계 인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자와, 종래의 액정 표시 소자에서의, 표시 원리의 차이를 설명하기 위한 설명도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 주요부의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 8은 도 7에 도시한 표시 장치에 이용되는 표시 소자의 주변의 개략 구성을 도시하는 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 기판
3 : 유전성 물질층
4, 5 : 전극
6, 7 : 편광판
8, 9 : 배향막
20 : 표시 소자
21 : 스위칭 소자
22 : 게이트 전극
23 : 드레인 전극
24 : 소스 전극
100 : 표시 장치
102 : 표시 패널
103 : 소스 드라이버
104 : 게이트 드라이버
106 : 전원 회로
SL1∼SLn : 데이터 신호선
GL1∼GLm : 주사 신호선
본 발명은, 고속 응답이고 또한 광 시야의 표시 성능을 갖는 표시 소자 및 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 소자는, 각종 표시 소자 중에서도 박형 및 경량이고 또한 소비 전력이 작다고 하는 이점을 갖고 있다. 이 때문에, 텔레비전이나 모니터 등의 화상 표시 장치나, 워드 프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 OA(Office Automation) 기기, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대 전화 등의 정보 단말기 등에 구비되는 화상 표시 장치에 널리 이용되고 있다.
액정 표시 소자의 액정 표시 방식으로서는, 종래, 예를 들면 네마틱 액정을 이용한 트위스티드 네마틱(TN) 모드나, 강유전성 액정(FLC) 혹은 반강유전성 액정(AFLC)을 이용한 표시 모드, 고분자 분산형 액정 표시 모드 등이 알려져 있다.
이들의 액정 표시 방식 중, 예를 들면 TN 모드의 액정 표시 소자는, 종래부터 실용화되어 있다. 그러나, TN 모드를 이용한 액정 표시 소자에는, 응답이 느리고, 시야각이 좁은 등의 결점이 있으며, 이들의 결점은, CRT(cathode ray tube)를 능가하는 데에 있어서 큰 방해로 되어 있다.
또한, FLC 혹은 AFLC을 이용한 표시 모드는, 응답이 빠르고, 시야각이 넓다고 하는 이점을 갖고 있지만, 내 쇼크성, 온도 특성 등의 면에서 큰 결점이 있어, 넓게 실용화되는 것에는 이르지 못하였다.
또한, 광 산란을 이용하는 고분자 분산형 액정 표시 모드는, 편광판을 필요로 하지 않고, 고휘도 표시가 가능하지만, 본질적으로 위상판에 의한 시각 제어를 할 수 없는 데다가, 응답 특성의 면에서 과제를 갖고 있어서, TN 모드에 대한 우위성은 적다.
이들 표시 방식은, 모두 액정 분자가 일정 방향으로 정렬한 상태에 있으며, 액정 분자에 대한 각도에 따라 보이는 방법이 다르기 때문에, 시각 제한이 있다. 또한, 이들 표시 방식은, 모두 전계 인가에 의한 액정 분자의 회전을 이용하는 것으로, 액정 분자가 정렬한 채로 고르게 회전하기 때문에, 응답에 시간을 요한다. 또한, FLC나 AFLC를 이용한 표시 모드의 경우, 응답 속도나 시야각의 면에서는 유리하지만, 외력에 의한 비가역적인 배향 파괴가 문제로 된다.
한편, 전계 인가에 의한 액정 분자의 회전을 이용하는 이들의 표시 방식에 대하여, 2차의 전기 광학 효과를 이용한 전자 분극에 의한 표시 방식이 제안되고 있다.
전기 광학 효과는, 물질의 굴절율이 외부 전계에 의해서 변화하는 현상이다. 전기 광학 효과에는, 전계의 1차에 비례하는 효과와 2차에 비례하는 효과가 있고, 각각 포켈스 효과, 커 효과라고 한다. 특히, 2차의 전기 광학 효과인 커 효과는, 고속의 광 셔터에의 응용이 일찍부터 진행되고 있고, 특수한 계측 기기에서 실용화되고 있다.
커 효과는, 1875년에 J.Kerr(커)에 의해서 발견된 것으로, 지금까지, 커 효과를 나타내는 재료로는, 니트로 벤젠이나 이황화 탄소 등의 유기 액체가 알려져 있다. 이들 재료는, 예를 들면 상기한 광 셔터, 광 변조 소자, 광 편광 소자, 혹은 전력 케이블 등의 고전계 강도 측정 등에 이용되고 있다.
그 후, 액정 재료가 큰 커 상수를 갖는 것이 나타나고, 광 변조 소자, 광 편향 소자, 또한 광 집적 회로 응용을 향한 기초 검토가 행해지고, 상기 니트로 벤젠의 200배를 넘는 커 상수를 나타내는 액정 화합물도 보고되고 있다.
이러한 상황에서, 커 효과의 표시 장치에의 응용이 검토되기 시작하고 있다. 커 효과는, 전계의 2차에 비례하기 때문에, 전계의 1차에 비례하는 포켈스 효과와 비교하여, 상대적으로 저전압 구동을 기대할 수 있는 데다가, 본질적으로, 수 마이크로초∼수 밀리초의 응답 특성을 나타내기 때문에, 고속 응답 표시 장치에의 응용이 기대된다.
그런데, 커 효과를 표시 소자에 응용 전개함에 있어서의, 실용 상의 큰 문제 중 하나는, 종래의 액정 표시 소자와 비교하여 구동 전압이 큰 것이다. 이 문제에 대하여, 예를 들면 일본국 특허 공보인 특개 2001-249363호 공보(공개일 2001년 9월 14일)에서는, 네가티브형 액정성을 갖는 분자를 배향시키는 표시 소자에서, 기판 표면에 미리 배향 처리를 실시해두고, 커 효과가 발현되기 쉽도록 하는 상태를 만들어내는 방법이 제안되고 있다.
상기 공보에 기재되어 있는 표시 소자에서는, 한쌍의 기판 사이에 네가티브형 액정성을 갖는 분자가 협지되어 있다. 여기서, 네가티브형이란, 유전 이방성이 마이너스인 타입을 의미한다. 또한, 양 기판의 내측에는 전극이 각각 형성되어 있고, 전극 표면에는 러빙 처리가 실시된 배향막이 형성되어 있다. 또한, 양 기판의 외측에는, 편광판이, 서로의 흡수축이 직교하도록 배치되어 있다. 또한, 양 전극의 표면에 형성된 배향막의 러빙 방향은, 서로 반평행 또는 평행하게 되도록 형성되어 있고, 또한 편광판의 흡수축과 45도의 각도를 이루도록 배치되어 있다.
이러한 구성으로 이루어진, 상기 공보의 표시 소자에서는, 양 전극 간에 전계를 인가하여 기판 법선 방향으로 전계를 발생시킨 경우, 네가티브형 액정성을 갖는 분자의 분극이 전계 방향으로 배향됨과 함께, 분자의 장축 방향은 러빙 방향으로 평행하게 되도록 배향된다. 이에 의해, 상기 공보의 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서 투과율이 상승하는 광학 응답성을 발휘한다.
그러나, 상기 공보에 개시되어 있는 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에 광 누설이 발생하여, 콘트라스트의 저하를 야기한다고 하는 문제가 있다. 또한, 전계 인가 시에 착색 현상이 발생한다는 문제도 있다.
본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자로서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감시킨 표시 소자, 및 그 표시 소자를 구비한 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 표시 소자는, 상기한 과제를 해결하기 위해, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 양 기판 사이에 협지된 물질층과, 상기 양 기판의 대향면에 각각 형성된 배향막을 구비하고, 상기 물질층에 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 물질층은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 포함하고, 상기 각 기판에서의 배향막은, 서로 직교하는 방향으로, 배향 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에서의 외장은, 상기 매질의 광학 이방성의 정도를 변화시키는 것이면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 전계, 자장, 광 등을 이용할 수 있다.
여기서, 광학적 이방성의 정도가 변화한다는 것은, 굴절율 타원체의 형상이 변하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 표시 소자에서는, 외장 무인가 시와 외장 인가 시에서의 굴절율 타원체의 형상의 변화를 이용함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있다.
한편, 종래의 액정 표시 소자에서는, 표시를 행하기 위해서 매질에 전계를 인가하고 있다. 그리고, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에, 굴절율 타원체는 타원 그대로 있으며, 그 장축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화(회전)한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서의 굴절율 타원체의 장축 방향이 변화(회전)함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현하고 있었다.
이와 같이, 종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기한 구성에서는, 매질에서의 광학적 이방성의 정도의 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기한 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다는 문제가 없기 때문에, 고속 응답을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자는 고속 응답성을 구 비하고 있기 때문에, 예를 들면 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
또한, 상기한 구성에 따르면, 양 배향막 근방에서 발생하는, 배향막이 발생하는 위상차, 혹은 배향막에 흡착한 분자가 발생하는 위상차의 방향이, 서로 직교하기 때문에 캔슬된다. 이 때문에, 이들의 위상차가 투과율에 기여하지 않는다. 따라서, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 구성에 따르면, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에, 상기 매질을 구성하는 분자를, 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판에 걸쳐서, 상기 분자의 배향 방향이 순차적으로 서로 다른 비틀림 구조로 되도록, 상기 분자를 배향시킬 수 있다. 이에 의해, 분자가 갖는 굴절율의 파장 분산에 기인하는 착색 현상을 억제할 수 있다.
따라서, 상기한 구성에 따르면, 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자에서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감시킨 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키기 위한 외장으로서는, 표시 소자의 설계 및 구동 제어가 용이하기 때문에, 전계가 바람직하다.
본 발명의 표시 장치는, 상기한 과제를 해결하기 위해, 상기 구성의 표시 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 표시 장치는, 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자로서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감한 표시 소자를 구비하고 있다. 따라서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감한 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 상기한 바와 같이 고속 응답성을 갖고 있기 때문에, 이 고속 응답성을 이용하여, 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 이하에 나타내는 기재에 의해서 충분히 알 것이다. 또한, 본 발명의 이점은, 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백하게 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 도 2는, 본 실시예에 따른 표시 소자(본 표시 소자)의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도이다. 또한, 본 실시예에서는, 전계(외장) 인가 시 또는 전계 무인가 시에 광학적 등방성(거시적으로 보아 등방이면 됨)을 나타내는 매질을 이용하여 표시를 행하는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한하는 것은 아니다. 즉, 반드시 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내는 매질을 이용할 필요는 없고, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용해도 된다.
본 표시 소자는, 구동 회로나 신호선(데이터 신호선), 주사선(주사 신호선), 스위칭 소자 등과 함께 표시 장치에 배치되어 이용된다. 도 7은 본 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 주요부의 개략 구성을 도시하는 블록도이고, 도 8은 도 7에 도시한 표시 장치에 이용되는 본 표시 소자(표시 소자(20))의 주변의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시 장치(100)는, 화소(10 …)가 매트릭스 형상으로 배치된 표시 패널(102)과, 구동 회로로서의 소스 드라이버(103) 및 게이트 드라이버(104)와, 전원 회로(106) 등을 구비하고 있다.
상기 각 화소(10)에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 표시 소자(표시 소자(20)) 및 스위칭 소자(21)가 설치되어 있다.
또한, 상기 표시 패널(102)에는, 복수의 데이터 신호선 SL1∼SLn(n은 2 이상의 임의의 정수를 나타냄)과, 각 데이터 신호선 SL1∼SLn에 각각 교차하는 복수의 주사 신호선 GL1∼GLm(m은 2 이상의 임의의 정수를 나타냄)이 설치되고, 이들 데이터 신호선 SL1∼SLn 및 주사 신호선 GL1∼GLm의 조합마다, 상기 화소(10 …) 가 형성되어 있다.
상기 전원 회로(106)는, 상기 소스 드라이버(103) 및 게이트 드라이버(104)에, 상기 표시 패널(102)에 의해 표시를 행하기 위한 전압을 공급하고, 이에 의해, 상기 소스 드라이버(103)는, 상기 표시 패널(102)의 데이터 신호선 SL1∼SLn을 구동하고, 게이트 드라이버(104)는, 표시 패널(102)의 주사 신호선 GL1∼GLm을 구동한다.
상기 스위칭 소자(21)로서는, 예를 들면 FET(전계 효과형 트랜지스터) 혹은 TFT(박막 트랜지스터) 등이 이용되고, 상기 스위칭 소자(21)의 게이트 전극(22)이 주사 신호선 GLi에, 소스 전극(23)이 데이터 신호선 SLi에, 또한 드레인 전극(24) 이, 표시 소자(20)에 접속되어 있다. 또한, 표시 소자(20)의 타단은, 전체 화소(10 …)에 공통인 도시하지 않은 공통 전극선에 접속되어 있다. 이에 의해, 상기 각 화소(10)에 있어서, 주사 신호선 GLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)가 선택되면, 스위칭 소자(21)가 도통하여, 도시하지 않은 컨트롤러로부터 입력되는 표시 데이터 신호에 기초하여 결정되는 신호 전압이, 소스 드라이버(103)에 의해 데이터 신호선 SLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)를 통하여 표시 소자(20)에 인가된다. 표시 소자(20)는 상기 주사 신호선 GLi의 선택 기간이 종료하여 스위칭 소자(21)가 차단되고 있는 동안에, 이상적으로는, 차단 시의 전압을 계속 유지한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 표시 소자는, 대향하는 2매의 투명 기판(기판(1, 2) 사이에, 광학 변조층인 유전성 물질층(물질층, 유전성 액체층(3))이 협지되어 이루어진다. 또한, 기판(1) 및 기판(2)에서의 양 기판의 대향면(내측)에는, 유전성 물질층(3)에 전계를 인가하기 위한 전계 인가 수단인 전극(투명 전극(4, 5))이 각각 배치되어 있다. 또한, 전극(4, 5)의 내측에는, 배향막(8, 9)이 각각 구비되어 있다. 또한, 기판(1, 2)에서의, 양 기판의 대향면과는 반대측의 면(외측)에는, 각각 편광판(6, 7)이 구비되어 있다.
기판(1, 2)은, 글래스 기판으로 구성되어 있다. 또한, 본 표시 소자에서의 양 기판 사이의 간격, 즉 유전성 물질층(3)의 두께는 5㎛이다. 또한, 전극(4, 5)은, ITO(인듐 주석 산화물)로 이루어진다.
도 3은, 배향막(8, 9)의 러빙 방향 및 편광판(6, 7)의 흡수축 방향을 도시하 는 설명도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 배향막(8, 9)에는, 서로의 러빙 방향(배향 처리 방향)이 직교하도록, 러빙 처리(배향 처리)가 실시되고 있다. 또한, 배향막(8, 9)은, 폴리이미드로 이루어진다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 편광판(6, 7)은, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 편광판(6)의 흡수축 방향과 배향막(8)의 러빙 방향이 평행하게 되고(편광판(6)의 흡수축 방향과 배향막(8)의 러빙 방향이 일치하고), 편광판(7)의 흡수축 방향과 배향막(9)의 러빙 방향이 평행해지도록 배치되어 있다. 또한, 편광판(6)의 흡수축 방향과 배향막(9)의 러빙 방향이 평행해지고, 편광판(7)의 흡수축 방향과 배향막(8)의 러빙 방향이 평행해지도록 각 편광판을 배치해도 된다.
유전성 물질층(3)에는, 네가티브형 액정 혼합물(매질)이 봉입되어 있다. 이 네가티브형 액정성 혼합물은, 하기의 화합물 1-1(30wt%(중량%)), 화합물 1-2(40wt%), 화합물 1-3(30wt%)로 이루어진다.
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여기서, 본 표시 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 기판(1, 2)의 표면에, 전극(4, 5)을 형성한다. 양 전극(4, 5)의 형성 방법은, 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법과 마찬가지의 방법을 이용할 수 있다.
계속해서, 배향막(8)을, 기판(1) 위에, 전극(4)을 피복하도록 형성한다. 또한, 배향막(9)을, 기판(2) 위에, 전극(5)을 피복하도록 형성한다. 또한, 배향막(8, 9)에는 미리 러빙 처리를 실시해둔다. 또한, 배향막(8, 9)의 러빙 방향은, 서로 직교하도록 한다.
또한, 기판(1, 2)의, 전극(4, 5)을 형성한 면과는 반대측의 면에, 편광판(6, 7)을 접합한다. 이 때, 편광판(6, 7)의 흡수축이 서로 직교함과 함께, 편광판(6, 7)의 흡수축 방향이 배향막(8, 9) 중 어느 하나의 러빙 방향과 일치하도록 접합한다.
계속해서, 기판(1, 2)을, 플라스틱 비즈 등의 스페이서(도시 생략)를 통하여, 양자의 간격(유전성 물질층(3)의 두께)이 5㎛로 되도록 조정하여, 시일재(도시 생략)로 주위를 봉하여 고정한다. 이 때, 후에 주입하는 매질(유전성 액체)의 주입구(도시 생략)가 되는 부분은 밀봉하지 않고서 개구시켜둔다. 또한, 스페이서 및 시일재의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니고, 종래의 액정 표시 소자에 이용되고 있는 것을 이용할 수 있다.
계속해서, 양 기판 사이에, 상기한 매질, 즉 화합물 1-1(30 wt%), 화합물 1-2(40 wt%), 화합물 1-3(30 wt%)로 이루어진 네가티브형 액정성 혼합물을 주입한다. 또한, 상기한 네가티브형 액정성 혼합물은, 113℃ 미만에서 네가티브형 네마틱 액정상을 나타내고, 그 이상의 온도에서는 등방상을 나타낸다.
이와 같이 하여 얻어진 본 표시 소자를, 외부 가온 장치에 의해 네마틱-등방상의 상(相)전이점 Tni 바로 윗쪽 근방의 온도(상전이 온도보다도 약간 높은 온도, 예를 들면 Tn1+0.1K)로 유지하여, 양 전극(4, 5) 사이에 전계를 인가함으로써, 투과율을 변화시킬 수 있었다. 즉, 유전성 물질층(3)에 봉입한 매질을, 해당 매질의 액정상-등방상의 상전이점보다 약간 높은 온도로 유지함으로써 등방상 상태로 하여, 양 전극(4, 5) 간에 전계를 인가함으로써, 유전성 물질층(3)의 투과율을 변화시킬 수 있었다.
또, 본 표시 소자에서의 최대 콘트라스트는, 500이었다. 여기서, 최대 콘트라스트는, 최대 투과율을 최저 투과율(전계 무인가 시의 투과율)로 나눈 값이다. 즉, 최대 콘트라스트=최대 투과율/최저 투과율이다. 또한, 본 표시 소자에서는, 전계를 인가한 경우에도, 표시면의 착색은 거의 신경쓰이지 않을 정도였다.
한편, 본 표시 소자와 비교하기 위해, 배향막(8, 9)에서의 러빙 방향이 서로 다른 이외는 본 표시 소자와 마찬가지로 작성한, 비교용 표시 소자를 준비했다. 도 4는 이 비교용 표시 소자에서의 배향막(8, 9)의 러빙 방향, 및 편광판(6, 7)의 흡수축 방향을 나타내고 있다.
이 도면에 도시한 바와 같이, 비교용 표시 소자에서는, 배향막(8, 9)에서의 러빙 방향은 서로 반평행(역평행, 평행하고 또한 반대 방향)이다. 이 경우, 전계 인가 시의, 유전성 물질층(3)에 봉입한 매질의 분자의 배향 상태는, 양 기판 부근에서의 분자의 배향 방향이 한방향인, 동종 구조로 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 비교용 표시 소자에서는, 배향막(8, 9)에서의 러빙 방향과 편광판(6, 7)의 흡수축 방향이 45도의 각도를 이루고 있다. 또한, 편광판(6, 7)의 흡수축 방향은, 서로 직교하고 있다.
이와 같이 하여 얻어진 비교용 표시 소자를, 외부 가온 장치에 의해 네마틱-등방상의 상전이 근방의 온도로 유지하여, 양 전극 간에 전계를 인가한 경우에도, 투과율을 변화시킬 수 있었다.
단, 비교용 표시 소자에서의 최대 콘트라스트는, 본 표시 소자보다 낮은 250였다. 또한, 비교용 표시 소자에서는 전계를 인가했을 때에, 표시면이 황색을 띄는 착색 현상이 인지되었다.
이상과 같이, 본 표시 소자에서는, 비교용 표시 소자보다도 높은 콘트라스트를 얻을 수 있었다. 이것은, 비교용 표시 소자쪽이, 최저 투과율(전계 무인가 시의 투과율)이 높아서, 전계 무인가 시에 광 누설이 발생하고 있기 때문이다. 즉, 비교용 표시 소자에서는, 이하의 2개의 원인에 기인하여 전계 무인가 시에 광 누설이 발생하고 있고, 그것에 의하여 콘트라스트의 저하를 초래하고 있다.
1. 러빙된 배향막이 발생하는 위상차
2. 배향막에 흡착한 분자가 발생하는 위상차
한편, 본 표시 소자에서는, 이들의 원인에 의한 광 누설은 발생하지 않는다. 이것은, 이하의 이유에 의한 것이다. 즉, 상기한 위상차는, 가령 존재하고 있더라도, 양 배향막 근방(양 기판 근방)에서 발생한다. 그리고, 본 표시 소자에서는, 배향막(8, 9)에서의 러빙 방향이 편광판(6, 7)의 흡수축과 직교 또는 평행하기 때 문에, 이들의 양 기판 근방에서 발생하는 위상차는, 전계 무인가 시의 투과율에 기여하지 않는다.
또한, 비교용 표시 소자에서는 착색 현상이 인지되어진 데 대하여, 본 표시 소자에서는 착색 현상은 신경 쓰이지 않을 정도였다. 이것은, 비교용 표시 소자에서의 분자의 배향 상태는, 분자가 한 방향으로 배향되는 동종 구조인 데 대하여, 본 표시 소자에서의 분자의 배향 상태는 양 기판 부근의 분자의 배향 방향이 서로 다른 트위스트 구조(비틀림 구조)이기 때문이다. 즉, 착색 현상은, 분자가 갖는 굴절율의 파장 분산에 기인하는 것이라고 생각되며, 본 표시 소자와 같이 분자의 배향 상태가 트위스트 구조인 경우, 비교 표시 소자와 같이 동종 구조인 경우보다도, 파장 분산의 영향을 받기 어려운 것으로 생각된다.
여기서, 본 표시 소자 및 비교용 표시 소자에서의, 분자의 배향 상태의 차이에 대하여, 도 1의 (a), 도 1의 (b), 도 5의 (a), 도 5의 (b)를 이용하여 자세히 설명한다. 도 1의 (a)는, 본 표시 소자에서의, 전계 무인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이다. 또한, 도 1의 (b)는, 본 표시 소자에서의, 전계 인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이다. 또한, 도 5의 (a)는, 비교용 표시 소자에서의, 전계 무인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이다. 또한, 도 5의 (b)는, 비교용 표시 소자에서의, 전계 인가 시의 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는 양 기판(양 배향막)과의 계면 부근에서의 분자(양 계면의 흡착 분자)가, 양 기판에 실시된 러빙의 방향에 따라서, 서로 직교하도록 배향한다. 또한, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 전계 인가 시에는, 분자의 장축 방향이, 기판면에 평행한 방향을 향함과 함께, 한쪽의 기판측으로부터 다른쪽의 기판측에 걸쳐서, 기판면 평행 방향으로 순차적으로 비틀리도록 배향한다. 즉, 본 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서, 분자의 배향 상태가 트위스트 구조(비틀림 구조)를 이루도록 되어 있다.
한편, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 비교용 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는 양 기판(양 배향막)과의 계면 부근에서의 분자가, 양 기판에 실시된 러빙의 방향에 따라서, 서로 평행해지도록 배향한다. 또한, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는, 분자의 장축 방향이 기판면에 평행한 방향을 향함과 함께, 한쪽의 기판측으로부터 다른쪽의 기판측에 걸쳐서, 분자의 배향 방향이 한방향으로 되도록 배향한다. 즉, 비교용 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서, 분자의 배향 상태가 동종 구조를 이루게 되어 있다.
이와 같이, 본 표시 소자는, 분자의 배향 상태가 트위스트 구조이기 때문에, 굴절율의 파장 분산의 영향을 받기 어렵고, 착색 현상을 억제할 수 있다. 또한, 본 표시 소자에서의 트위스트 구조는, 좌측 비틀림과 우측 비틀림의 양자가 존재하여, 멀티 도메인을 형성하고 있다. 이 때문에, 도메인의 경계에서는 투과율이 내려 가버린다.
따라서, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질에, 미리 카이럴제를 첨가해 두어도 된다. 이와 같이 매질에 카이럴제를 첨가해 두는 것에 의해, 좌측 비틀림 또는 우측 비틀림 중 어느 하나의 비틀림만으로 할 수 있기 때문에, 투과율을 향상시킬 수 있다.
혹은, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질(유전성 액체)로서, 그 매질 자신이 카이럴성을 갖는 것(카이럴 물질)을 이용해도 된다. 이 경우에도, 좌측 비틀림 또는 우측 비틀림 중 어느 하나의 비틀림 구조를 유기시킬 수 있어, 투과율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 표시 소자에서는, 배향막(8, 9)의 러빙 방향이 직교하고 있고, 또한 배향막(8, 9)의 러빙 방향이 편광판(6, 7) 중 어느 하나의 흡수축 방향과 각각 일치하고 있다. 그러나, 이러한 구성에 한하는 것은 아니고, 배향막(8, 9)에서의 서로의 러빙 방향이 직교하고 있으면, 콘트라스트 향상 효과는 얻어진다.
즉, 양 배향막에서의 러빙 방향이 직교하고 있으면, 전술한 양 기판 근방에 존재하는 전계 무인가 시의 위상차, 즉 러빙된 배향막이 발생하는 위상차 및 배향막에 흡착한 분자가 발생하는 위상차의 방향이 서로 직교하기 때문에 캔슬되어, 투과율에 기여하지 않는다.
단, 양 기판 근방에서 발생하는 위상차의 크기가 전혀 같지 않으면 완벽한 효과는 얻어지지 않는다. 예를 들면, 양 배향막의 두께에 차이가 발생하거나, 양 배향막에서의 러빙 강도에 차이가 발생하거나 하면, 광 누설을 완전하게 방지할 수는 없어, 콘트라스트 저하의 요인으로 된다. 따라서, 배향막(8, 9)의 러빙 방향은, 각각 편광판(6, 7) 중 어느 하나의 흡수축 방향과 일치하고 있는 것이, 광 누설을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 이에 의해, 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 표시 소자에서는, 기판(1, 2)을 글래스 기판으로 구성했지만, 이것에 한하는 것은 아니고, 적어도 한쪽이 투명한 기판이면 된다. 또한, 본 표시 소자에서의 양 기판 사이의 간격은 5㎛로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 임의로 설정하면 된다. 단, 액정성 매질의 굴절율 이방성인 Δn과 유전성 물질층의 두께 d와의 곱은, 직교 트위스트 배향 모드(소위 TN 모드)인 경우에 광의 이용 효율이 최대로 되는 조건인 것이 바람직하다. 즉, 등방상 온도 영역 중에서 발생시키는 위상차(Δn×d)를, 350(㎚)□Δn×d□650(㎚)의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 규정에서의 굴절율 이방성 Δn은, 가능한 한 등방상을 나타내는 온도에 가까운 온도인 것이 바람직하다. 즉, 상기 위상차 (Δn×d)의 산출에서, 굴절율 이방성 Δn은, 상기한 바와 같이, 네마틱상 상태에서, 550㎚에서 측정한 값이면 되지만, 가능한 한 등방상을 나타내는 온도에 가까운 온도에서 측정된 값인 것이 바람직하다. 또한, 등방상을 나타내는 온도 Tni(K)에 가깝고, 또한 확실하게 네마틱상 상태로 되도록(안전을 보아), 예를 들면 Tk(K)=Tni(K)-5(K)에서 측정된 값이어도 된다.
또한, 전극(4, 5)은 ITO에서 구성되는 것으로 했지만, 이것에 한하는 것은 아니고, 적어도 한쪽이 투명 전극 재료이면 된다.
또한, 본 표시 소자에서는 폴리이미드로 이루어진 배향막(8, 9)을 이용했지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 폴리아믹산으로 이루어진 배향막을 이용해도 된다. 혹은, 폴리비닐 알콜, 실란커플링제, 폴리비닐신나메이트 등을 이 용해도 된다.
또한, 폴리아믹산이나 폴리비닐 알콜을 이용하는 경우에는, 기판 위에 이들의 재료를 도포하여 배향막을 형성한 후에 러빙 처리를 실시하면 된다. 또한, 실란커플링제를 이용하는 경우에는, LB막과 같이 인상법으로 작성하면 된다. 또한, 폴리비닐신나메이트를 이용하는 경우에는, 기판 위에 폴리비닐신나메이트를 도포한 후, UV(자외선) 조사하면 된다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 상기한 혼합물에 한하는 것은 아니다. 단, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 막대 형상 분자인 것이 바람직하다. 즉, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 분자 장축 방향의 유전율이 분자 단축 방향의 유전율보다도 작은(분자 장축 방향의 유전율<분자 단축 방향의 유전율의) 막대 형상 분자인 것이 바람직하다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 액정성 화합물로 이루어진 매질, 또는, 액정성 화합물을 포함하는 매질인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 액정성 화합물은, 저온으로 하면, 예를 들면 네마틱상이나 스멕틱상이라고 하는 액정상이 출현하는 화합물이다. 또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 네가티브형 액정성 화합물로 이루어진 매질, 또는, 네가티브형 액정성 화합물을 포함하는 매질인 것이 특히 바람직하다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 단일 화합물로 액정성을 나타내는 것이어도 되고, 복수의 물질의 혼합에 의해 액정성을 나타내는 것이어도 된다. 혹은, 이들에 다른 비 액정성 물질이 혼입되어 있어도 된다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 유전 이방성이 마이너스의 매질이면 되고, 예를 들면 상기 일본국 특허 공보(특개 2001-249363호 공보)에 기재되어 있는 액정성 물질 중, 3HPFF와 5HPFF와 7HPFF와의 혼합물(1, 2-디플루오로-4-[트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)시클로헥실] 벤젠과, 1, 2-디플루오로-4-[트랜스-4-(트랜스-4-n-벤틸시클로헥실)시클로 헥실] 벤젠과, 1, 2-디플루오로-4-[트랜스-4-(트랜스-4-n-헵틸시클로헥실)시클로헥실] 벤젠)으로 이루어진 혼합물) 등을 적용할 수 있다. 혹은, 이들의 액정성 물질에 용매를 첨가한 것을 적용해도 된다.
또한, 유전 이방성이 마이너스인 매질이면, 전계 무인가 시에는 광학적으로 대략 등방이고, 전계 인가에 의해 광학 변조가 유기되는 매질을 이용해도 된다. 즉, 전형적으로는, 전계 인가에 수반하여 분자, 또는 분자 집합체(클러스터)의 배향 질서도가 상승하는 물질을 이용해도 된다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 예를 들면 광학 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)를 갖고, 광학적으로는 등방적(거시적으로 보아 등방이면 됨)으로 보이는 액정상을 적용할 수 있다. 혹은, 액정 분자가 광의 파장 미만의 사이즈로 방사 형상으로 배향하고 있는 집합체로 충전된, 광학적으로 등방적으로 보이는 것 같은 계를 이용할 수 있다. 이들에 전계를 인가함으로써, 분자 혹은 집합체의 미세 구조에 변형을 부여하여, 광학 변조를 유기시킬 수 있다. 또한, 이들의 매질을 이용하는 경우에도, 배향 보조재를 형성해 두는 것에 의해서 분자의 배향을 촉진할 수 있기 때문에, 저전압으로 구동하는 것이 가능하게 된다.
이러한 매질로서, 예를 들면 3HPFF와 5HPFF와 7HPFF의 혼합계를 이용할 수 있다. 또한, 이 혼합계는, 마이너스의 유전 이방성을 갖는다.
상기한 바와 같이, 3HPFF와 5HPFF와 7HPFF의 혼합계는, 질서 구조가 광학 파장 미만이기 때문에 투명하다. 즉, 전계 무인가인 경우에는 광학적으로 등방성을 나타낸다. 따라서, 이 혼합계를 본 표시 소자에 적용하는 경우, 직교 니콜 하에서 양호한 흑 표시를 행할 수 있다.
한편, 상기한 혼합계가 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내는 온도 범위로 제어하면서, 전극(4, 5) 사이에 전계를 인가하면, 광학적 등방성을 나타내는 구조에 왜곡이 발생하여, 광학적 이방성이 발현한다. 즉, 상기한 혼합계는, 전계 무인가 상태에서는 광학적으로 등방성이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현한다.
이와 같이, 상기한 구성의 본 표시 장치에서는, 전계를 인가함으로써 광학적 등방성을 나타내는 구조에 왜곡이 발생하여, 복굴절이 발생하기 때문에, 양호한 백 표시를 행할 수 있다. 또한, 복굴절이 발생하는 방향은 일정하고, 그 크기가 전계 인가에 의해서 변화한다. 또한, 전극(4, 5) 사이에 인가하는 전압(전계)과 투과율과의 관계를 나타내는 전압 투과율 곡선은, 안정된 곡선으로 된다. 즉, 상기 구성의 본 표시 장치에서는, 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내는 온도 범위에서 안정된 전압 투과율 곡선을 얻을 수 있고, 온도 제어가 매우 용이해진다.
여기서, 상기한 혼합계와 같이 전계 인가에 의해서 분자의 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용한 경우의 본 표시 소자와, 종래의 표시 방식의 액정 표시 소자와의, 표시 원리의 상위점에 대하여 설명한다.
도 6은, 상기한 혼합계를 이용한 경우의 본 표시 소자 및 종래의 표시 방식의 액정 표시 소자에서의, 표시 원리의 차이를 설명하기 위한 설명도이고, 전계 인가 시 및 전계 무인가 시에서의 굴절율 타원체의 형상 및 방향을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 6에서는, 종래의 표시 방식으로서, TN 방식, VA(Vertical Alig㎚ent, 수직 배향) 방식, IPS(In Plane Switchig, 면내 응답) 방식에서의 표시 원리를 나타내고 있다.
이 도면에 도시한 바와 같이, TN 방식의 액정 표시 소자는, 대향하는 기판 사이에 액정층이 협지되어 있고, 양 기판 위에 각각 투명 전극(전극)이 구비된 구성이다. 그리고, 전계 무인가 시에는, 액정층에서의 액정 분자의 장축 방향이 나사 형상으로 비틀어져 배향되어 있지만, 전계 인가 시에는, 액정 분자의 장축 방향이 전계 방향을 따라서 배향한다. 이 경우에서의 평균적인 굴절율 타원체는, 도 6에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는 장축 방향이 기판면에 평행한 방향을 향하고 있고, 전계 인가 시에는 장축 방향이 기판면 법선 방향을 향한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 전계 인가에 의해서, 그 장축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화한다. 즉, 굴절율 타원체가 회전한다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 형상은, 거의 변하지 않는다.
또한, VA 방식의 액정 표시 소자는, TN 방식과 마찬가지로, 대향하는 기판 사이에 액정층이 협지되어 있고, 양 기판 위에 각각 투명 전극(전극)이 구비된 구 성이다. 단, VA 방식의 액정 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는, 액정층에서의 액정 분자의 장축 방향이, 기판면에 대하여 대략 수직인 방향으로 배향하고 있지만, 전계 인가 시에는, 액정 분자의 장축 방향이 전계에 수직인 방향으로 배향한다. 이 경우에서의 평균적인 굴절율 타원체는, 도 6에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는 장축 방향이 기판면 법선을 향하고 있고, 전계 인가 시에는 장축 방향이 기판면에 평행한 방향을 향한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 그 장축 방향이 변화한다(굴절율 타원체가 회전한다). 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 형상은, 거의 변하지 않는다.
또한, IPS 방식의 액정 표시 소자는, 1개의 기판 위에 대향하는 한쌍의 전극이 구비되어 있고, 양 전극 간의 영역에 액정층이 형성되는 구성이다. 그리고, 전계 인가에 의해서 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있게 되어 있다. 따라서, IPS 방식의 액정 표시 소자라도, 도 6에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 그 장축 방향이 변화한다(굴절율 타원체가 회전한다). 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 모양은, 거의 변하지 않는다.
이와 같이, 종래의 표시 방식의 액정 표시 소자에서는, 전계 무인가 시라도 액정 분자가 어떠한 방향(전형적으로는 한방향)으로 배향하고 있어, 전계를 인가함으로써, 각 분자의 배향 방향이 고르게 된 상태에서, 그 배향 방향을 일제히 변화 시켜 표시(투과율의 변조)를 행하고 있다. 즉, 굴절율 타원체의 모양은 변화하지 않지만, 굴절율 타원체의 장축 방향이 전계 인가에 의해서 회전(변화)하는 것을 이용하여 표시를 행하고 있다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에, 굴절율 타원체의 모양은 거의 변하지 않는다. 즉, 종래의 표시 방식의 액정 표시 소자에서는, 가시광 이상에서의 액정 분자의 배향 질서도는 거의 일정하고, 배향 방향을 변화시키는 것에 의해 표시를 행하고 있다.
이들의 표시 방식에 대하여, 3HPFF와 5HPFF와 7HPFF의 혼합계(전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성이 발현하는 매질을 이용하는 경우)를 이용한 본 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에 분자가 모든 방향을 향하고 있다. 단, 이들의 분자는, 광의 파장 스케일 미만의 질서(질서 구조, 배향 질서)를 갖고 있기 때문에, 광학적 이방성이 발현하지 않고(가시광 이상의 스케일에서의 배향 질서도≒0), 도 6에 도시한 바와 같이, 굴절율 타원체가 종래의 액정 표시 소자와는 달리, 구형으로 된다.
그런데, 전계를 인가하면, 개개의 분자가 마이너스의 유전 이방성을 갖고 있기 때문에 기판면 내 방향(기판면에 평행한 방향)을 향하게 하여 배향 상태가 변화한다. 또한, 이 때, 광학 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)에 왜곡이 발생하여 광학적 이방성(가시광 이상의 스케일에서의 배향 질서도>0)이 발현한다. 또한, 굴절율 타원체는, 장축 방향이 기판면에 평행한 방향을 향함과 함께, 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판에 걸쳐 비틀어져 있다(트위스트되어 있다). 이와 같이, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는 굴절율 타원체의 모양이 등방적(nx=ny=nz)이어서, 구형으로 된다(광학적 등방성을 나타낸다). 그리고, 전계 인가에 의해서 굴절율 타원체의 모양에 이방성(하계면 부근에는 nx>ny, 상계면 부근에는 ny>nx)이 발현하여, 굴절율 타원체가 타원으로 된다(광학적 이방성을 도시한다). 여기서, nx, ny, nz는, 각각, 기판면에 평행하고 또한 도 6의 좌우 방향, 기판면에 평행하고 또한 도 6의 깊이 방향, 기판면에 수직인 방향에 대한, 굴절율을 나타내고 있다.
또한, 가시광 이상에서의 배향 질서도≒0(배향 질서도가 거의 없음)이라고 하는 것은, 가시광보다 작은 스케일로 본 경우에는, 액정 분자 등이 임의의 방향으로 나열되어 있는 비율이 많지만(배향 질서가 있지만), 가시광보다 큰 스케일로 보면, 배향 방향이 평균화되어 있고 배향 질서가 없는 것을 의미하고 있다.
즉, 본 발명에서, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도≒0이란, 배향 질서도가 가시광 파장 영역, 및 가시광 파장 영역보다 큰 파장의 광에 대하여 아무런 영향을 주지 않을 정도로 작은 것을 나타낸다. 예를 들면, 크로스 니콜 하에서 흑 표시를 실현하고 있는 상태를 나타낸다. 한편, 본 발명에서, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도>O란, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도가, 거의 제로의 상태보다도 큰 것을 나타내고, 예를 들면 크로스 니콜 하에서 백 표시를 실현하고 있는 상태를 도시한다(이 경우, 계조 표시인 회색도 포함됨).
또한, 본 표시 소자에서는, 상기 전계 인가 시의 굴절율 타원체의 장축 방향은, 전계 방향에 대하여 항상 수직으로 된다. 이에 대하여, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서 굴절율 타원체의 장축 방향을 회전시켜서 표시를 행 하기 때문에, 굴절율 타원체의 장축 방향은, 전계 방향에 대하여 항상 수직으로 되는 것으로는 한정하지 않는다.
이와 같이, 3HPFF와 5HPFF와 7HPFF의 혼합계를 이용한 본 표시 소자에서는, 광학적 이방성의 방향은 일정(전압(전계) 인가 방향은 변화하지 않음)하고, 가시광 이상에서의 배향 질서도를 변조시키는 것에 의해 표시를 행하고 있다. 즉, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 소자에서는, 매질 그 자체의 광학적 이방성(또는 가시광 이상에서의 배향 질서)의 정도가 변화한다. 따라서, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 소자의 표시 원리는, 다른 표시 방식의 액정 표시 소자와 크게 다르다.
또한, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 소자에서는, 광학적 등방성을 나타내는 구조에 발생하는 왜곡, 즉 매질에서의 광학적 이방성의 정도의 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜 표시를 행하는 종래의 표시 방식의 액정 표시 장치보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다. 또한, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 장치에서는, 복굴절이 발생하는 방향이 일정하고, 광축 방향이 변화하지 않기 때문에, 보다 넓은 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 장치에서는, 미소 영역의 구조(예를 들면 결정과 같은 격자)의 왜곡에 의해서 발현하는 광학적 이방성을 이용하여 표시를 행하고 있다. 이 때문에, 종래 방식의 표시 원리와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없고, 1㎳ 정도의 고속 응답을 실현할 수 있다. 즉, 종래 방식의 표시 원리로서는 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주었지만, 상기한 혼합계를 이용한 본 표시 장치에서는, 미소 영역의 구조(질서 구조, 배향 질서)의 왜곡을 이용하기 때문에, 액정 고유의 점도의 영향이 작고, 고속 응답을 실현할 수 있다. 따라서, 본 표시 소자는, 그 고속 응답성을 이용하여, 예를 들면 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에 적용할 수도 있다.
또한, 본 표시 소자는, 기판면 법선 방향으로 전계를 인가하는 구성(세로 전계), 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 네가티브형 액정을 이용하는 구성(네가티브형 액정), 양 기판에 구비되는 배향막의 러빙 방향을 직교시키는 구성(트위스트 러빙)을 기본 구성으로 하는 것으로 표현할 수도 있다.
또한, 본 표시 소자를 이용하여 표시 장치를 형성함으로써, 전기 광학 효과를 이용한 표시 소자에 있어서, 콘트라스트를 향상시켜서, 착색 현상을 억제한 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명을 커 효과를 이용한 표시 장치에 적용함으로써, 고속 응답성을 나타냄과 함께, 콘트라스트를 향상시켜서, 착색 현상을 억제할 수 있기 때문에, 그 실용적 가치는 매우 높다.
또한, 본 발명은, 고속 응답으로 광 시야의 표시 성능을 갖는 표시 소자에 관한 것으로 표현할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 수단으로서, 주로, 전계의 인가를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 전계 이외의 외장을 인가함으로써, 외장 인가 시와 무인가 시에, 광학적 이방성의 정도를 변화시켜도 된다.
예를 들면, 전계를 인가하는 대신에, 자장을 인가하도록 해도 된다. 즉, 본 발명에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자이고, 상기 매질은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이고, 상기 각 기판에서의 배향막은, 서로 직교하는 방향으로, 배향 처리가 실시되고 있는 구성이어도 된다.
이 경우, 매질의 자기 이방성을 이용함으로써, 자장 인가 시와 무인가 시에 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 것으로 된다. 이 때문에, 매질로는, 자화율의 이방성이 큰 것이 바람직하다.
유기 분자인 경우, 자화율에의 기여의 대부분은 반자성 자화율에 의한 것이기 때문에, 자계의 변화에 의해서 π 전자가 분자 내에서 환 형상으로 운동할 수 있는 경우에, 그 절대값이 커진다. 따라서, 예를 들면 분자 내에 방향환이 있는 경우에, 자계의 방향에 대하여 방향환이 수직으로 향하는 것과 같은 경우에 자화율의 절대값이 커진다. 이 경우, 방향환의 수평면 방향의 자화율의 절대값은 수직 방향에 비하여 작기 때문에, 자화율의 이방성이 커진다. 따라서, 매질은 분자 내에 6원환 등의 환 형상 구조가 있는 것이 바람직하다.
또한, 자화율의 이방성을 올리기 위해서는 매질 내의 전자 스핀을 배열시키는 것도 바람직하다. 분자 내에 N이나 O나 NO의 래디컬의 전자 스핀을 도입함으로써, 분자가 안정된 스핀을 가질 수 있다. 스핀을 평행하게 배열시키기 위해서는, 예를 들면 평면 상의 공액계 분자를 중첩함으로써 실현할 수 있다. 예를 들면, 중심의 코어 부분이 중첩되어 컬럼을 형성하고 있는 디스코틱 액정이 적합하다.
또한, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키기 위한 외장으로서, 광을 이용할 수 있다. 이 경우, 외장으로서 이용하는 광의 파장은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 Nd:YAG 레이저로 532㎚의 광을 발진시켜 매질에 조사함으로써, 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다.
이 경우에 이용하는 매질은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 광조사에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이면 된다. 예를 들면, 상기한 전계를 이용하는 경우의 각 매질예와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다. 일례로서, 상기한 펜틸시아노비페닐(5CB)을 이용해도 된다.
또한, 외장으로서 광을 이용하는 경우, 매질 중에 색소가 소량 포함되어 있는 것이 바람직하다. 색소를 소량 첨가함으로써, 색소를 첨가하지 않은 경우에 비하여, 광학적 이방성의 정도의 변화가 커진다. 또한, 매질 중에서의 색소의 함유량은 0.01wt% 이상, 5% 미만인 것이 바람직하다. 0.01% 미만이면, 색소의 양이 적기 때문에 광학적 이방성의 정도의 변화에 거의 기여하지 않고, 5% 이상이면 여기광이 색소에 흡수되기 때문이다.
예를 들면, 펜틸시아노비페닐(5CB)을 그대로 매질로서 이용해도 되지만, 이 물질에 색소를 가한 것을 매질로서 이용해도 된다. 가하는 색소로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 색소의 흡수대가 여기광의 파장을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1AAQ(1-amino-anthroquinone, 알드리치(Aldrich)사제, 하기 화학 구조식 참조)를 가해도 된다.
Figure 112005002239971-pat00002
펜틸시아노비페닐(5CB)에, 1AAQ를 0.03% 가함으로써, 광 여기에 의한 광학적 이방성의 정도의 변화는, 1AAQ을 가하기 전과 비교하여 10배 정도 커졌다.
또한, 상기 표시 소자에서, 상기 광학적 이방성을 발생시키는 수단으로서는, 상기한 바와 같이, 예를 들면 전계, 자장, 광 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 전계가, 상기 표시 소자의 설계 및 구동 제어가 용이한 것부터 바람직하다.
따라서, 상기 표시 소자는, 외장 인가 수단으로서, 예를 들면 전극 등의 전계 인가 수단이나, 전자석 등의 자장 인가 수단 등을 구비하고 있어도 되고, 상기 외장 인가 수단으로서는, 상기 표시 소자의 설계 및 구동 제어의 점에서, 전계 인가 수단인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서, 상기 외장 인가 수단으로서는, 외장의 인가 전후로 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 외장 인가 수단으로서는, 전극 등의 전계 인가 수단이나, 전자석 등의 자장 인가 수단 외에, 레이저 장치, 예를 들면 상기 Nd:YAG 레이저 등의 광 조사 수단(여기광 생성 수단) 등을 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명에서, 상기 외장 인가 수단은, 상기 표시 소자 자신이 구비 하고 있어도 되고, 상기 표시 소자와는 별도로 설치되어 있어도 된다.
즉, 본 발명에 따른 표시 장치는, 상기 외장 인가 수단이 설치된 표시 소자를 구비하는 것이어도 되고, 상기 표시 소자와는 별도로 상기 외장 인가 수단을 구비하고 있는 것이어도 된다. 즉, 상기 표시 장치는, 본 발명에 따른 상기 표시 소자와, 해당 표시 소자에서의 매질에 외장을 인가하는 외장 인가 수단을 구비하고 있는 구성을 갖고 있어도 된다.
또한, 본 발명의 표시 소자에서는, 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질로서, 예를 들면 외장을 인가함으로써 질서 구조(배향 질서)가 변화하여, 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 외장 인가 시 또는 무인가 시에 광학 파장 이하의 질서 구조를 갖고, 외장 인가에 의해서 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용해도 된다. 혹은, 외장 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 질서 구조를 갖고, 외장 인가에 의해서 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용해도 된다. 즉, 본 발명의 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자이고, 상기 매질은, 외장을 인가함으로써 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다.
이 경우, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하는 종래의 액정 표시 소자와 같이 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주지 않기 때문에, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속 응답을 실현할 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 매질을, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태(외장을 인가함으로써 질서 구조에 왜곡이 발생하여, 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태)로 되는 온도로 유지하는 것만으로 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다. 즉, 예를 들면 상기한 특허 문헌 1에 기재되어 있는, 전계 인가에 의한 유극성 분자에서의 전자의 치우침을 이용하는 종래의 전기 광학 효과를 이용한 표시 장치에서는, 구동 온도 범위가 액정상의 상전이점 근방의 온도로 제한되어, 매우 고정밀도의 온도 제어가 필요하다는 문제가 있었다. 이에 대하여, 상기한 구성에 따르면, 상기 매질을, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태로 되는 온도로 유지하는 것만으로 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자에 이용되는 매질은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이면 되고, 반드시 커 효과를 나타내는 매질, 즉 전계의 제곱에 비례하여 굴절율이 변화하는 매질일 필요는 없다.
또한, 본 표시 소자는 상술한 바에 따르면, 기판면 법선 방향으로 전계를 인가하는 구성(세로 전계), 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 네가티브형 액정을 이용하는 구성(네가티브형 액정), 양 기판에 구비되는 배향막의 러빙 방향을 직교시키는 구성(트위스트 러빙)을 기본 구성으로 하는 것으로 표현하였지만, 이 구성 외에 추가로 예를 들면 외장 인가 시에서의 매질을 구성하는 분자의 트위스트 배향을 보다 효율적으로 발현시키기 위해, 분자의 배향 상태를 고분자 네트워크(폴리머 네트워크)로 미리 안정화해두어도 된다. 이 경우의 실시예에 대하여 이하에 설명한다.
유전성 물질층(3)에, 3HPFF, 5HPFF, 7HPFF의 혼합계 액정에 예를 들면, 액정성 모노머인 UCL001(상품명, DIC(대일본 잉크화학)사제, 하기 2개의 화학 구조식으로 이루어진 매질의 등량(등중량) 혼합물)
Figure 112005002239971-pat00003
Figure 112005002239971-pat00004
와, 가교제(Cross linker)로서 디아크릴레이트 모노머 RM257(상품명, 메르크(Merck)사제, 하기 화학 구조식)
Figure 112005002239971-pat00005
와, 중합 개시제(Photo initiator)로서 DMPAP(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenon, 알드리치(Aldrich)사제, 하기 화학 구조식)
Figure 112005002239971-pat00006
을, 이하에 나타낸 비율로 혼합한 혼합계를 봉입한다.
네가티브형 액정 재료(3HPFF, 5HPFF, 7HPFF의 혼합계, 혼합비는 이미 기술함) : 95.8wt%
UCL001 : 3.0wt%
RM257 : 1.0wt%
DMPAP : 0.2wt%
상기한 바와 같이 혼합한 액정 재료와 모노머 등과의 혼합계를, 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 셀에 주입하였다. 상기한 모노머, 중합 개시제를 첨가한 혼합계의 Tni(네마틱-등방상 상전이 온도)는 액정 단독의 경우와 거의 동일하여, 즉 113℃였다. 그리고, 113℃보다도 낮은 온도에서는 유전성 물질층(3)은 네마틱상 상태를 나타내고, 본 실시 형태에서는 양 기판의 배향막을 서로 직교 방향으로 배향 처리를 실시하고 있기 때문에, 한쪽의 기판면으로부터 다른쪽의 기판면을 향하여 분자의 배향 방향이 90도 비틀린 트위스트 배향을 나타낸다.
이 네마틱상 상태(예를 들면, 유전성 물질층(3)을 103℃(T=Tni-10(K))의 온도로 유지한 상태)에서, 자외선 조사를 행하였다. 자외선의 조도는 365㎚의 파장에서 1.0㎽/㎠로 하고, 조사 시간은 10분으로 하였다.
그 후, 상기한 표시 소자를 113℃보다도 높은 온도인, 등방상 온도 영역으로 올려서 전기 화학 특성의 측정을 행하였다. 그 결과, 상기한 바와 같은 고분자 안정화를 전혀 실시하지 않은 표시 소자에서는 약 1K 온도의 좁은 온도 범위밖에 투과율 변화를 얻을 수 없었던 것이, 상기한 바와 같은 고분자 안정화를 실시한 표시 소자에서는 약 5K 정도까지 투과율 변화가 검출되고, 고분자 네트워크에 의해 전계 인가 시의 트위스트 배향이 보다 발현하기 쉬운 환경을 형성시킬 수 있었다.
또, 상기한 액정 재료와 모노머 등과의 혼합계에서의 혼합비는 일례이고, 상기한 수치에 한정되는 것은 아니다. 또한, 호스트로서 이용하는 액정 재료나 첨가하는 모노머 등의 종류는 상기한 예에 한정하는 것은 아니다. 호스트로서 이용하는 액정 재료나 첨가하는 모노머 등의 종류에 따라 최적의 혼합비는 서로 다르기 때문에, 사용하는 물질에 따라 적절한 혼합비를 적절하게 설정하면 된다. 단, 유전성 물질층(3)에 봉입한 매질이 광학적 등방성을 나타내는 경우에, 고분자 네트워크(폴리머 네트워크)가 가시광에 대하여 영향을 주지 않도록 모노머 첨가량을 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 실시 형태와 같이, 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내는 매질에, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성(90도 트위스트 배향)을 발현시킴으로써 스위칭시키는 경우, 전계 무인가 시에 고분자 네트워크가 가시광에 영향을 주지 않도록 하는 것이 바람직하고, 그와 같은 요청으로부터 모노머 첨가량을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 표시 소자 및 표시 장치는, 텔레비전이나 모니터 등의 화상 표시 장치나, 워드 프로세서나 퍼스널 컴퓨터 등의 OA 기기, 혹은 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대 전화 등의 정보 단말기 등에 구비되는 화상 표시 장치에, 넓게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자 및 표시 장치는, 고속 응답성을 갖고 있기 때문에, 예를 들면 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에도 적합하다.
본 발명의 표시 소자는, 상기한 과제를 해결하기 위해, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 양 기판 사이에 협지된 물질층과, 상기 양 기판의 대향면에 각각 형성된 배향막을 구비하고, 상기 물질층에 외장을 인가함으로써 표시를 행 하는 표시 소자로서, 상기 물질층은 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 포함하고, 상기 각 기판에서의 배향막은 서로 직교하는 방향으로, 배향 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에서의 외장은, 상기 매질의 광학 이방성의 정도를 변화시킬 수 있는 것이면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 전계, 자장, 광 등을 이용할 수 있다.
여기서, 광학적 이방성의 정도가 변화한다는 것은, 굴절율 타원체의 형상이 변하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 표시 소자에서는, 외장 무인가 시와 외장 인가 시에서의 굴절율 타원체의 형상의 변화를 이용함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있다.
한편, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에, 굴절율 타원체는 타원 그대로이며, 그 장축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화(회전)한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서의 굴절율 타원체의 장축 방향이 변화(회전)함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현하고 있었다.
이와 같이, 종래의 액정 표시 소자에서는, 표시를 행하기 위해서 매질에 전계를 인가하고 있다. 그리고, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기한 구성에서는, 매질에서의 광학적 이방성의 정도의 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기한 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없기 때문에, 고속 응답 을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자는 고속 응답성을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
또한, 상기한 구성에 따르면, 양 배향막 근방에서 발생하는, 배향막이 발생하는 위상차, 혹은 배향막에 흡착한 분자가 발생하는 위상차의 방향이, 서로 직교하기 때문에 캔슬된다. 이 때문에, 이들의 위상차가 투과율에 기여하지 않는다. 따라서, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 구성에 따르면, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에, 상기 매질을 구성하는 분자를, 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판에 걸쳐서, 상기 분자의 배향 방향이 순차적으로 서로 다른 비틀림 구조로 되도록, 상기 분자를 배향시킬 수 있다. 이에 의해, 분자가 갖는 굴절율의 파장 분산에 기인하는 착색 현상을 억제할 수 있다.
따라서, 상기한 구성에 따르면, 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자에서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감시킨 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키기 위한 외장으로는, 표시 소자의 설계 및 구동 제어가 용이하기 때문에, 전계가 바람직하다.
또한, 상기 매질을, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태로 되는 온도로 유지하는 것만으로 되기 때문에, 온도 제어가 매우 용이해진다.
또한, 매질에서의 광학적 이방성의 정도의 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜서 표시를 행하는 종래의 액정 표시 소자보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 상기 각 기판에, 서로의 흡수축 방향이 직교함과 함께, 각각의 흡수축 방향이, 상기 양 배향막에서의 배향 처리의 방향과 직교 또는 평행해지도록 설치된 편광판을 구비하고 있어도 된다.
상기한 구성에 따르면, 상기 양 배향막 근방에서 발생하는 위상차의 크기가 전혀 같지 않은 경우에도, 광 누설의 방지 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 배향막이, 유기 박막으로 이루어진 것이어도 된다. 또한, 상기 배향막은, 폴리이미드로 이루어진 것이어도 된다.
또한, 외장으로서 전계를 이용하는 경우, 상기 매질은, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 막대 형상 분자를 포함하는 것이어도 된다. 여기서, 막대 형상 분자는, 분자의 형상이 구조적으로 이방성을 갖고 있고, 서로 길이가 다른 분자의 장축 방향과 단축 방향이 존재하는 것을 가리킨다. 또한, 외장으로서 전계를 이용하는 경우, 상기 매질은, 액정성 화합물을 함유하고 있어도 된다. 또, 상기 매질에 함유하는 액정성 화합물로서는, 특히 네가티브형 액정성 화합물이 바람직하다. 네가티브형 액정성 화합물에서는, 액정 분자의 장축 방향의 굴절율, 유전율을 각각 ne, ε〃로 하고, 액정 분자의 단축 방향의 굴절율, 유전율을 각각 no, ε⊥로 한 경우에, Δn=ne-no>0, Δε=ε〃-ε⊥<0이 된다. 액정성 화합물을 함유하고 있는 매질 은, 저온측에서는 액정상을 보이지만, 고온측에서는 등방상을 보이어, 용이하게 광학적 등방성을 실현할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 매질에, 카이럴제가 첨가되어 있어도 된다. 혹은, 상기 매질은, 카이럴 물질이어도 된다. 여기서, 카이럴 물질이란, 매질 자체가 카이럴성을 나타내는 것이다.
상기 어느 하나의 구성에 따르면, 광학적 이방성이 발현하고 있는 상태에서, 상기 매질을 구성하는 분자를, 좌측 비틀림 또는 우측 비틀림 중 어느 하나의 비틀림 구조만으로 할 수 있다. 이 때문에, 좌측 비틀림과 우측 비틀림의 구조로 이루어진 멀티 도메인이 존재하는 경우와 같이, 도메인의 경계에서 투과율이 내려 가버린다고 하는 문제가 없어, 투과율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 외장으로서 전계를 이용하는 경우, 상기 매질은, 전계의 2차에 비례하여 굴절율이 변화하는 것이어도 된다. 또한, 외장으로서 전계를 이용하는 경우, 상기 매질은, 유극성 분자를 함유하는 것이어도 된다.
이들의 구성에 따르면, 고속 응답 특성을 구비한 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질은, 외장 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성이 발현하는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 외장 무인가 시에는 구형이고, 외장을 인가함으로써 타원으로 변화한다. 또한, 상기 매질은, 외장 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 외장을 인가함으 로써 광학적 이방성이 소실하여, 광학적 등방성을 나타내는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 외장 무인가 시에는 타원이고, 외장을 인가함으로써 구형으로 변화한다. 또한, 상기 매질은, 외장 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 외장을 인가함으로써, 광학적 이방성이 발현하고 있는 상태에서, 그 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 외장 인가 전후로 장축 및 단축의 비율이 변화한다(또한, 상기 타원으로서는, 거의 구형상이어도 된다).
상기한 구성에 따르면, 외장 인가에 의해서, 상기 매질을 구성하는 분자의 질서 구조에 왜곡을 발생시키고, 해당 매질의 광학적 이방성을 변화시킬 수 있다. 따라서, 외장 무인가 시와 외장 인가 시에, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있다.
또한, 상기한 구성에서는, 매질을 구성하는 분자의 광학적 이방성의 변화를 이용하여 표시를 행한다. 이 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 미치게 하는 영향이 작기 때문에, 고속 응답을 실현할 수 있다. 또한, 이러한 외장 인가에 의해서 분자의 질서 구조에 발생하는 왜곡은, 온도의 영향이 작기 때문에, 온도 제어가 용이해진다. 또한, 상기한 구성에서는, 매질에서의 분자의 광학적 이방성의 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향만을 변화시키고 표시를 행하는 경우보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질은, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에, 광학 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 매질은, 광학 파장 미만 에서는 액체적인 등방상이 아닌 질서(질서 구조, 배향 질서)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 질서 구조가 광학 파장 미만이면, 광학적으로는 등방성을 나타낸다. 따라서, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에, 질서 구조가 광학 파장 미만으로 되는 매질을 이용함으로써, 외장 무인가 시와 외장 인가 시에서의 표시 상태를 확실하게 서로 다르게 할 수 있다.
본 발명의 표시 장치는, 상기한 과제를 해결하기 위해, 상기 어느 하나의 구성의 표시 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 표시 장치는, 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표시 소자이고, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감한 표시 소자를 구비하고 있다. 따라서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감한 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 상기한 바와 같이 고속 응답성을 갖고 있기 때문에, 이 고속 응답성을 이용하여, 필드 시퀀셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
발명의 상세한 설명의 항에서 이루어진 구체적인 실시예 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 분명히 하는 것이고, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것은 아니고, 본 발명의 정신과 계속해서 기재하는 특허 청구 사항의 범위 내에서, 여러가지로 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
본 발명에 따르면 분자의 배향 질서를 제어함으로써 투과율을 변화시키는 표 시 소자로서, 콘트라스트를 향상시키고, 또한 착색 현상을 경감시킨 표시 소자, 및 그 표시 소자를 구비한 표시 장치를 제공한다.

Claims (15)

  1. 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 양 기판 사이에 협지된 물질층과, 상기 양 기판의 대향면에 각각 형성된 배향막을 구비하고, 상기 물질층에 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서,
    상기 물질층은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 포함하고,
    상기 각 기판에서의 배향막은, 서로 직교하는 방향으로, 배향 처리가 실시되어 있는 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매질은 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 기판에,
    서로의 흡수축 방향이 직교함과 함께, 각각의 흡수축 방향이, 상기 양 배향막에서의 배향 처리의 방향과 직교 또는 평행해지도록 설치된 편광판을 구비하고 있는 표시 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배향막은 유기 박막으로 이루어진 표시 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배향막은 폴리이미드로 이루어진 표시 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 매질은 마이너스의 유전 이방성을 갖는 막대 형상 분자를 포함하는 표시 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 매질은 네가티브형 액정성 화합물을 함유하고 있는 표시 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 매질에 카이럴제가 첨가되어 있는 표시 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 매질은 카이럴 물질인 표시 소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 매질은 전계의 2차에 비례하여 굴절율이 변화하는 표시 소자.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 매질은 유극성 분자를 함유하는 표시 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 매질은,
    외장 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성이 발현되는 표시 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 매질은,
    외장 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성이 소실되고, 광학적 등방성을 나타내는 표시 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 매질을 구성하는 분자는,
    외장 인가 시 혹은 외장 무인가 시에 광학 파장 미만의 질서 구조를 갖고, 외장을 인가함으로써 질서 구조가 변화하는 표시 소자.
  15. 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 양 기판 사이에 협지된 물질층과, 상기 양 기판의 대향면에 각각 형성된 배향막을 구비하고, 상기 물질층에 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자를 구비한 표시 장치로서,
    상기 물질층은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 포함하고,
    상기 각 기판에서의 배향막은, 서로 직교하는 방향으로, 배향 처리가 실시되어 있는 표시 장치.
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