KR0141983B1 - 스멕틱 액정장치 - Google Patents

스멕틱 액정장치

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KR0141983B1
KR0141983B1 KR1019870701120A KR870701120A KR0141983B1 KR 0141983 B1 KR0141983 B1 KR 0141983B1 KR 1019870701120 A KR1019870701120 A KR 1019870701120A KR 870701120 A KR870701120 A KR 870701120A KR 0141983 B1 KR0141983 B1 KR 0141983B1
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KR880701394A (ko
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조안 브라드 샤우 마들린
피터 레이네스 에드워드
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로버트 월리엄 베크 햄
더 세크리터리 오브 스테이트 포 디페스 인 어 브리태닉 매쥐스티스 거번머트 오브 더 유나아티드 킹덤 오브 그레이트 브리튼 앤드 노던 아일랜드
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Description

스멕틱 액정 장치
본 발명의 한 가지 형태는, 단지 예로서, 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 기술할 수 있다,.
제1도는 필름 카메라용 액정 셔터 시스템의 단면도이다.
제2도는 4 캐릭터 8 바아형 디스플레이(four character eight bar display)의 개략도이다.
제3a도 및 제3b도는 각각 경사진 키랄 스멕틱 액정 재료 층의 양식화된 평면도 및 측면도이다.
제4도는 두가지 전환된 상태를 예시하는 제3a도 및 제3b도의 부분 확대도이다.
제5a도, 제5b도 및 제5c도는 각종 혼합물에 있어서 온도에 대한 콜레스테릭 피치의 그래프이다.
제1도의 셔터 시스템은 아래에 설명된 것처럼, 교차된 제1편광판(2)과 제2편광판(3) 사이에 배열된 액정 셀 (1)로 이루어진다.
제1편광판(2)의 전방에는 광전 다이오드와 같은 광센서(4)가 있다. 상기 광센서(4)로부터 신호를 수신하고, 예를들어 12V 전지와 같은 전원(6)으로 부터 전압 신호를 수신하는 제어 유니트(5)로 부터 상기 셀(1)의 제어가 이루어진다. 셀(1)의 후방에는 사진 필름(8) 또는 다른 검출기에 빛을 집중시키는 렌즈 시스템(7)이 있으며, 이후에 설명되는 바와 같이, 셀(1)은 광투과 상태와 불투명 상태로 스위칭될 수 있다.
상기 셀(1)은, 예를들어 두께가 100Å인 산화 주석과 같은 시이트 전극 (sheet electrode) (11, 12)을 갖는 두개의 유리벽(9, 10)을 포함한다. 스페이서 링(13)은 벽(9, 10) 사이의 액정 재료의 층(14)을 밀봉한다. 층에 분포되어 있는 작은 가닥의 유리 섬유(도시되지 않음)를 사용하여 셀 벽 간격의 정확성을 증진시킬 수 있다. 전형적인 층(14) 두께는 2μm 내지 12μm이다. 조립되기 이전의 벽(2, 3)은 폴리아미드 또는 폴리이미드의 박층 상에 스피닝(spinning), 건조 및 경우에 따라, 경화시킨 다음, 부드러운 천(예; 레이온)을 사용하여 단일 방향(R1, R2)으로 표면 연마(buffing)에 의해 표면 처리된다. 도시한 바와 같이, 상기 방향(R1, R2)은 평행하지 않지만 동일한 방향으로 평행할 수 있다. 이러한 공지된 처리법은 액정 분자에 대해 표면 정렬(alignment)을 제공한다. 분자는 마찰 방향(R1, R2)을 따라 표면에 대해 약 2°의 각도로 자체 배열된다. 또한, SiOX는 벽으로 경사 증발되어 정렬될 수 있다.
따라서, 필름(8)을 플래쉬 광에 의해 피사체에 노출시키기 위해서, 셔터를 형성하는 셀(1) 및 편광판(2, 3)은 센서(4)와 제어 유니트(5)에 의해 개폐 작동이 개시되어 필름(8)이 정확히 노출되도록 한다. 또한, 예를 들면, 텔레비젼 광전관을 보호하기 위해 상기 셀(1)이 이용될때, 상기 셀(1)은 통상적으로 투과 상태로 존재하지만, 입사광이 상기 텔레비젼 광전관에 비해 너무 큰 경우에 불투명한 상태로 스위칭된다.
제2도는 4 디지트 8-바아형(four digit eight-bar)디스플레이(20)를 나타낸다. 이것은 문헌(참조: 영국 특허명세서 제2,009,219호 및 제2,031,010호)에 기술된 바와 같이 공지된 8-바아형 디스플레이를 제공하기 위해 성형된 전극(21)을 갖는 액정 셀로 이루어진다. 전지(23)로부터의 적당한 전압은 구동 제어기(driver control)(22)에 의해 스위칭되어, 0부터 9,999까지의 숫자를 표시한다. 상기 디스플레이 장치(20)는 제1도에서와 같이 두개의 편광판 사이에 배열된 셀로 구성된다.
상기 디지탈 디스플레이 장치는 주위의 광을 반사시켜 나타낼 수 있는데, 이 경우는 디스플레이 장치 후방에 반사기가 배열된 경우이다. 또한, 상기 디스플레이 장치는 예를 들면, 텅스텐 벌브(tungsten bulb)를 사용하여 역으로 광을 조사시킬 수 있다. 몇몇의 경우에는, 상기 디스플레이 장치가 반사 및 투과광 모두를 이용하여 가시화될 수 있도록 상기 반사기는 부분적으로 투과시킬 수 있다.
상기 액정 층의 정렬 및 스위칭에 대하여 제3a도 내지 제5c도를 참고하여 기술한다. 액정 재료의 층(14)은 키랄 스멕틱 재료, 예를들어 스멕틱 C*이다. 비키랄(non-chiral) 스멕틱 재료는 마이크로층에 대해 수직으로 놓인 분자(26)와 함께 벽에 대해 수직인 마이크로층(25)으로 자체 형성한다. 이것은 섬유 광학 플레이트(fibre optic plate)의 섬유와 유사하다. 키랄 스멕틱 재료는 제3a도에 도시한 바와 같이 마이크로 층(26)의 수직에 대해 작은 각도로 분자(26)와 함께 자체 배열된다. 상기 벽 표면의 정렬 처리는 그와 접촉한 분자에 대해 매우 강한 정렬을 제공한다.
결과적으로, 상기 분자(26)는 벽 표면에서 마찰 방향(rubbing direction)(R)을 따라 정렬하고, 마이크로층(25)은 마찰 방향에 대해 전형적인 70°의 각도에서 형성한다.
상기 분자(26)와 마이크로층(25) 모두를 균일하게 정렬시키기 위해서는, 승온에서 콜레스테릭상을 갖는 스멕틱 재료를 이용하는 것이 필요하다. 제5a도는 콜레스테릭상을 갖는 전형적인 종래의 스멕틱 재료에 있어서 온도 곡선에 대한 콜레스테릭 피치(p)를 도시한 것이다. 콜레스테릭/스멕틱상 전이 상태에 매우 근접하게 온도가 감소한다면, 피치(p)는 무한대로 증가한다. 상기 전이 상태로부터 멀어지면, 콜레스테릭 피치는 매우 작아지며, 전형적으로는 1μm 보다 훨씬 작게 된다.
본 발명의 디스플레이는 상기 콜레스테릭/스멕틱상 전이 온도 보다 0.1℃ 이상 높은 경우에 콜레스테릭상에서 긴 피치를 갖는다. 바람직하게는, 상기 온도 범위는 5℃이며, 이상적으로는 전체 콜레스테릭 온도 범위에 걸쳐 발생한다. 상기 범위내에서, 최소 한도의 피치(p)는 4d 이상이며, d는 층의 두께이다.
상기 재료를 얻는 방법은 여러가지가 있다. 예를 들면, 좌선성(왼쪽) 콜레스테릭 트위스트 성질윽 가진 하나 이상의 키랄 성분과 우선성(오른쪽) 콜레스테릭 트위스트 성질을 가진 하나 이상의 키랄 성분을 혼합하는 방법이 있으며, 단, 좌선성 성분의 어느 것도 우선성 성분의 라세미체일 수는 없다. 이러한 혼합물이 필요한 스멕틱상을 갖는 경우에는 단독으로 사용할 수 있다. 또한, 키랄 혼합물을 비키랄 또는 라세미체 액정 재료(예; 스멕틱 C 호스트)에 첨가할 수도 있다. 상이한 키랄 성분은 온도/피치 특성을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 생성된 피치가 스멕틱/콜레스테릭상 전이 상태보다 높은 온도 범위에서 요구된 값을 갖도록 보장할 필요가 있다.
트위스트 성질이 반대인 키랄 성분을 사용하는 경우에, 생성된 혼합물이 요구되는 자발 편광값(PS) 을 갖도록 보장할 필요가 있다. 따라서, 모든 키랄 성분은, 그들 콜레스테릭 트위스트 성질과는 무관하게, 동일한 성질의 S*편광(polarization), 즉 PS를 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 키랄 성분은 순 PS가 충분한 값을 갖도록 하는 반대 성질의 PS를 가질 수도 있다.
상기 재료를 얻는 또 다른 방법은 동일한 콜레스테릭 트위스트 성지리과 S*편광 성질을 가지며 상기한 콜레스테릭 피치값을 여전히 만족시키는 하나 이상의 키랄 성분을 사용하는 것이다. 이러한 혼합물은 단독으로 사용하거나, 비키랄 또는 라세미체 액정재료(예; SC호스트)과 혼합하여 사용할 수 있다.
콜레스테릭상에서의 긴 피치의 결과로서, 상기 재료는 셀 벽 처리에 의해 균일한 정렬을 갖는 S* C상으로 냉각된다. 그 결과는 제3a도 및 제3b도에서와 같은 정렬 상태이다.
상기 스멕틱 상에서의 피치는 약 1μm 이상이 되도록 배열되고, 바람직하게는 훨씬 더 크도록 배열된다.
상기 콜레스테릭 상에서의 피치의 보상은 제5a도 내지 제5c도에 설명되어 있다. 제5a도는 콜레스테릭-스멕틱 전이를 갖는 보상되지 않은 재료의 경우에 있어서 온도에 대한 콜레스테릭 피치를 나타낸다. 이러한 전이에서, 피치는 무한대인 경향이 있다. 제5b도에 나타낸 보상된 재료는 전이 온도보다 몇도 더 높은 온도에서 피치가 증가하고, 그 이하에서 피치가 감소함을 나타낸다. 적당한 재료의 선택으로, 이러한 피치의 증가는 제5c도에서와 같이 전이 온도에 더욱 밀접한 온도에서도 일어날 수 있지만, 몇도의 차이가 최종 결과에 영향을 미치는 것으로 보이지는 않는다. 몇몇의 재료는, 예를 들면, 아래의 실시예(4 및 5)에서와 같이, 단일 키랄 도판트(chiral dopant)에 의해 전체 콜레스테릭 온도 범위에 걸쳐 긴 피치의 콜레스테릭 특징을 나타낸다. 이러한 재료는 제5b도에 나타낸 바와 같이 보상이 필요없는 제5c도에서 처럼 본질적으로 우수한 재료이다.
제3도의 균일한 정렬 상태를 얻기 위해서, 상기 셀내의 액정 재료를 스멕틱/콜레스테릭상 전이 온도보다 약 5℃ 높은 온도로 가열한다. 이후에, 전이 온도의 +/-5℃ 이내에서 약 0.05℃/min 내지 0.2℃/min의 전형적인 속도로 냉각시킨다. 경우에 따라, 직류 전압, 예를 들면, 적당한 극성의 10V를 인가하여 냉각 동안 균일한 정렬 상태를 얻는데 보조한다. 또한, 스멕틱 상으로 냉각시킨 후에 재료를 서서히 가열하여 콜레스테릭 상이 되도록한 바로 다음에, 적당한 전압 펄스를 유지하면서 재냉각시킨다. 제3도의 균일한 정렬을 얻게 될때, 상기 셀(1)은 즉시 사용할 수 있다. 액정 분자는 인가된 전압의 극성에 따라 두가지 정렬 방향(D1, D2)중 하나를 택한다. 전형적인 전압은 +/-10V 이다. 이러한 두가지 위치는 제4도의 실선(D1) 및 점선(D2)으로 도시 되어 있다. 본 발명에 있어서, 모든 키랄 스멕틱 디스플레이에 있어 반드시 그렇지는 않지만, 두가지의 인가된 전계(D)의 정렬 방향중 한 방향은 전계 오프-상태(field OFF state)로 된다. 직류 펄스를 인가하는 경우에, 두가지 상태 사이의 고속 스위칭은 재료의 스멕틱 강유전성에 기인한 것이다. 전형적으로, 상기 셀은 약 0.5ms 내지 1ms로 D1과 D2 사이에서 스위칭될 수 있다. PS의 두가지 상이한 방향(D1, D2)은 종종 업(Up) 방향과 다운(Down) 방향으로 칭한다. 이러한 두가지 방향(D1, D2)은 재료의 조성에 따라 약 45°떨어져 있을 수 있다.
상기 편광판(2 또는, 3)은 방향(R)과 다소 상이할 수 있는 방향(D)을 따라 정렬되는 것이 바람직하다.
교차된 편광판(2, 3) 사이의 강한 분자 정렬로 인하여, 전압 오프-상태, 즉 제4도에서 실선으로 나타낸 상태의 셀(1)과 편광판(2, 3)의 조합으로 형성된 셔터를 통해 약 0.01% 미만의 빛이 투과된다. 다운 상태로 스위칭될때, 셔터는 투과성이 매우 크다. 이는 셔터 시스템에 매우 적합한 본 발명의 셀로서 이루어 진다. 또한, 업-상태와 다운-상태 사이의 콘트라스트는 제2도에서와 같이 향상된 8-바아형 디스플레이를 제공한다. 또한, 상기 디스플레이는 넓은 시각을 갖는다.
만약, 다색성 염료 약 1%를 액정 재료(14)에 포함시킨다면, 방향(D1, D2)중 한 방향에 대해 평행 또는 수직으로 정렬되는 하나의 편광판막이 필요하게 된다. 염료의 한 예는, 영국, 풀(Poole) 소재의 BDH로 부터 이용가능한 BDH 염료 카탈로그 D102이다. 이러한 경우에 방향(D1, D2) 사이의 각도는 약 90°가 되는 것이 바람직하다.
[재료의 예]
혼합물은 하기 성분을 사용하여 제조할 수 있다.
영국 특허원 제8520715호에 기재된 키랄 성분.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
SC호스트 혼합물
코드조성
H1 : -M1 + M2 + M3 (1:1:1)
H2 : -M2 + M3 + R1 (1:1:1)
H3 : -M1 + M6 + M4 (1:1:1)
H4 : -M2+ M3 + M5 (1:1:1)
본 발명은 스멕틱 액정 장치(smectic liquid crystal devices)에 관한 것이다.
통상적으로, 액정 장치는 두개의 유리판 또는 유리벽 사이에 포함된 박층의 액정 재료로 이루어진다. 양쪽의 유리벽의 내부 표면에는 투명 전극이 부착된다. 액정 층, 2개의 유리벽과 전극을 조합시킨 것을 액정 셀(liquid crystal cell)이라고 한다. 두 전극 사이에 전계를 인가하면, 액정 분자가 전계내에서 회전하여 온-상태(ON State)로 된다. 전계를 제거하면, 분자는 반전하여 오프-상태(OFF State)로 되며, 이 오프 상태는 셀의 조립 이전에 유리벽에 대하여 적용되는 표면 처리 및 액정 재료의 종류에 따라 결정된다. 상기 온-상태와 오프-상태의 광학적 투과 특성은 상이하다. 여러 액정 장치에는 온-상태 및 오프-상태를 시각적으로 구별하기 위하여 하나 또는 두개의 편광판(polariser) 및/또는 염료를 필요로 한다.
광범위하게는, 네마틱(nematic), 콜레스테릭(cholesteric) 및 스멕틱(smectic)의 세가지 상이한 유형의 액정 재료가 있는데, 이들 각각은 상이한 분자 배열 상태에 따라 분류된다.
상기 재료는 고체상(solid phases)과 등방성 액체상(isotropic liquid phases) 사이의 단지 제한된 온도 범위동안 액정상(liquid crystal phase)을 나타낸다. 액정상 온도 범위내에서 상기 액정 재료는 하나 이상의 네마틱, 콜레스테릭 또는 스멕틱상 유형을 나타낼 수 있다. 통상적으로, 액정 재료는 동작 온도의 범위동안 단지 한 가지 유형의 액정상 만을 형성하도록 선택된다.
본 발명은 스멕틱 액정 재료를 사용하는 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치(display)는 한쪽 유리벽 상의 로우(rows) 및 다른쪽 유리벽 상의 컬럼(columns)으로 형성된 여러 전극으로 이루어진다. 상기 전극들은 대형 디스플레이 상에 개별적으로 어드레스가능한 소자의 x, y 매트릭스를 집단으로 형성한다. 한 가지 형태의 디스플레이 장치는 온-상태와 오프-상태를 이용하여 전기적으로 스위칭가능한 광학 셔터(optical shutter)를 형성한다. 그러나, 다른 형태의 디스플레이 장치는 광학 저장 장치로서 이용된다. 상기와 같은 디스플레이 장치들에 네마틱, 콜레스테릭 및 스멕틱 액정 재료가 이용되어 왔다. 많은 디스플레이 장치가 갖고 있는 문제점은 두 가지 상태 사이에서 스위칭하는데 걸리는 시간, 즉 응답 시간이다. 대부분의 디스플레이 장치에 있어서는 고속 응답 시간이 요구된다. 전형적으로, 90°트위스트 구조(twisted structure)로 배열된 네마틱 재료는 100msec의 응답 시간이 걸린다.
스멕틱 재료로 이루어진 액정 장치는 네마틱 또는 콜레스테릭 재료를 포함하는 장치만큼 널리 이용되지는 않았다. 스멕틱 재료를 기초로 한 유용한 디스플레이 장치는 필요한 특성을 가지고 있지 않았다. 그러나, 최근에, 고속 스위칭 및 이중 안정성(bistability)을 갖는 스멕틱 강유전성(ferro-electric property)은 크게 요구되었다. 예를 들어, 다음 참조 문헌, N.A. Clark and S.T.Lagerwall, App. Phys. Letters 36(11) 1980 pp899-901)을 참조. 경사진 스멕틱상(tilted smectic phase)의 키랄 액정 재료, 예를 들어, S* C, S* I, S* F, S* H, S* J, S* G, 는 강유전성을 나타내는 것으로 공지 되어 있다. 상기는 참조문헌, R.B. Meyer, L. Liebert, L. Strzelecki and P.Keller, J. de Physique (Lett), 36, L-69(1975)에 기재되어 있다.
셔터로서 이용되는 경우의 액정 장치에 나타나는 한가지 문제점은 최소 한도의 투과 상태에서 누출되는 빛의 량이다. 예를 들면, 트위스트 네마틱 셀(twisted nematic cell)은 최소한 약 1%의 빛을 투과시킬 수 있다. 따라서, 최소한의 광투과율을 감소시키는 것은 셔터 제품에 있어서 매우 바람직하다. 또한, 다른 디스플레이에서 콘트라스트의 증진에도 유용하다. 또한, 트위스트 네마틱 디스플레이와 셔터에 나타나는 다른 문제점은 이의 좁은 시각(angle of view)이며; 디스플레이에 대하여 수직으로 부터 벗어난 상태에서 바라보는 경우에 디스플레이된 정보는 부정확하게 될 수 있다.
가장 이상적인 액정 셔터에서는 고속의 응답 시간과 최소한의 매우 낮은 광투광율을 가져야 한다. 디지탈 디스플레이 장치의 경우에 있어서는 고도의 콘트라스트와 넓은 시각을 가져야 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하여, 액정 분자 및 편광판의 정확한 정렬과 함께 스멕틱 강유전성과, 액정 재료 특성의 선택에 의해서 최소한의 광투과율이 낮은 고속 셔터를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 두 가지 상태로 스위칭할 수 있는 액정 장치는, 각각 전극을 갖고, 및 액정 분자가 균일하게 정렬되어 정렬 방향이 동일 방향 또는 반대 방향으로 평행하거나 거의 평행하도록 처리된 표면을 갖는 두개의 셀 벽 사이에 포함된 경사진 키랄 스멕틱 액정 재료의 층과; 셀 벽면의 측에 배열되어, 다른 편광판의 광축(optical axis)에 대하여 교차된 한 편광판의 광축과, 한 셀 벽 상의 정렬 방향에 평행한 한 편광판의 광축을 갖는 두개의 편광판을 포함하고, 상기 액정 장치의 정상 동작 온도에서 경사진 키랄 스멕틱상을 갖고, 보다 높은 온도에서 콜레스테릭상을 가지며, 콜레스테릭-스멕틱 전이 온도 보다 0.1℃ 이상의 높은 온도에서 최소한 콜레스테릭상의 층두께의 콜레스테릭 피치(pitch)와, 0.1nC/㎠ 이상의 자발 편광 계수(spontaneous polarization coefficient)를 가지며, 온도가 증가함에 따라 키랄스멕틱-콜레스테릭-등방성으로 되는 상기 액정 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치를 제조하는 방법은, 액정 재료의 층을 포함하기 위해 스페이서(spacer)에 의해 분리되고, 벽의 내부 표면이 그 내부 표면 상에 형성되는 전극 구조와, 균일한 액정 정렬을 갖도록 처리된 두개의 셀 벽을 제공하는 단계; 승온에서 키랄 스멕틱상과 등방성상 사이에 콜레스테릭상을 갖고, 최소한 0.1℃ 이상의 콜레스테릭→스멕틱 전이 온도에서 상기 층 두께(d)의 절반보다 더 큰 콜레스테릭 피치(P)와 키랄 스멕틱 상에서 큰 자발 편광계수(Ps)를 갖는 경사진 키랄 스멕틱 액정 재료를 제공하는 단계; 상기 콜레스테릭상으로 혼합물을 가열하는 단계; 상기 혼합물을 벽 사이의 공간으로 도입 및 밀봉하는 단계; 상기 재료를 경사진 키랄 스멕틱상으로 냉각시키는 단계와; 인접한 분자 정렬 방향에 대해 평행한 편광 축을 갖는 최소한 하나의 편광판을 갖는 두개의 선형 편광판 사이에 셀 벽을 배열하는 단계를 포함한다.
상기 액정 재료는 단일 성분 또는 여러 성분들의 혼합물일 수 있다. 상기 액정 재료는 좌선성(왼손) 콜레스테릭 트위스트 성질을 가진 하나 이상의 키랄 성분과 우선성(오른손) 콜레스테릭 트위스트 성질을 가진 하나 이상의 키랄 성분을 합할 수 있다. 이러한 혼합물에 있어서, 좌선성 성분중의 어느 것도 우선성 성분의 라세미체(racemates)일 수는 없다. 이러한 키랄 혼합물은 키랄 스멕틱 자체일 수 있거나, 또는 비-키랄 및/또는 라세미체 스멕틱 액정 호스트(host) 재료에 첨가제로서 이용될 수 있다. 또한, 키랄 성분 또는 성분들은 상기한 값의 콜레스테릭 피치 및 Ps를 제공하는 동일한 콜레스테릭 트위스트 성질을 가질 수 있다. 상기 액정 재료는 등방성-콜레스테릭(또는 네마틱)-스멕틱*상을 갖는다.
상기 스멕틱상은 온도에 따라 키랄 스멕틱상 (C*, I*, F*, J*, G*, K*및 H*)중의 최소한 하나 이상을 갖는다.
상기 콜레스테릭 상에서, 3π트위스트 이상을 채택한 액정 재료를 보호하기 위해 p/d 비율은 충분히 크게 되어, 이상적으로, 콜레스테릭-스멕틱상 전이 이상의 4d 보다 더 큰 피치(p)가 되어, 상기 전이 근처의 콜레스테릭상에서 π트위스트보다 훨씬 더 작은 트위스트를 얻을 수 있다. 이상적으로는 상기 피치(p)의 값이 전체의 콜레스테릭상에 걸쳐 크게되고, 바람직하게는 키랄/콜레스테릭 전이 온도 보다 5℃ 높은 경우에 크게 된다.
상기 스멕틱 상에서의 피치는 1μm 이상이며, 바람직하게는 훨씬 더 크고, 예를 들면, 층 두께 보다 더 크게 된다. 상기 층 두께(d)는 15μm 까지 될 수 있다.
종래 기술의 키랄 스멕틱 장치는 콜레스테릭상과 S*상 사이에 스멕틱 A상을 갖는다. 콜레스테릭 상으로부터 서서히 냉각시킴으로써 정렬을 돕는다. 스멕틱 A상 없이 균일한 정렬을 얻는 것은 불가능 하였다. 그러나, 본 발명 SA상 없이 정렬을 제공하는 양호한 장치를 제공한다. 이것은 콜레스테릭상에서 보상되거나 긴 콜레스테릭 피치에 기인한 것이다.
PS값은 0.1이상이며, 바람직하게는 1nC/㎠ 이사이의 값이된다. 모든 키랄 성분은 실질적인 PS값 및 동일한 성질의 PS를 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 성분은 순(net) PS가 실질적인 값이 되도록 하는 반대 성질의 PS값을 가질 수 있다.
몇몇 재료의 경우, +/-50℃의 콜레스테릭 스멕틱상 전이 온도에서 0.05° 내지 2℃/min의 속도가 냉각된다. 그러나, 콜레스테릭 피치가 큰 경우, 즉 재료가 잘 보상되거나, 본질적으로 긴 피치를 갖는 경우에, 장치는 편리할 정도로, 예를들면, 20℃/min 이상으로 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 장치는 전극 구조에 두 가지 반대 극성의 직류 전압을 인가하는 수단을 포함하여, 혼합물의 분자들은 인가된 전압의 극성에 따라 두 가지 상이한 위치중의 한 위치에 놓이게 되고, 극성이 변화함에 따라 두 가지 위치 사이를 스위칭하게 된다.
경사진 키랄 스멕틱 액정 장치에 이용되는 액체 재료 혼합물은 장치의 정상 동작 온도에서 키랄 스멕틱상이고, 승온에서 콜레스테릭상을 갖는 재료를 포함하며, 상기 혼합물은 콜레스테릭→스멕틱 전이 온도 보다 높은 최소 0.1℃에서 콜레스테릭상의 2d 보다 더 큰 콜레스테릭 피치와, 스멕틱상에서 실제의 편광 계수(PS)를 갖는다.
상기 콜레스테릭 상에서의 피치는 4μm 보다 더 큰 것이 바람직하며, 무한대의 피치에 접근할수록 이상적이다.
상기 장치의 주위 온도 또는 동작 온도는 100℃에 달하는 장치에 사용되는 경우에도 전형적으로 0° 내지 40℃의 범위내로 하강한다.
상기 혼합물은 다량의 다색성 염료(pleochroic dye)를 포함할 수도 있다.
네마틱 액정 재료의 키랄 성분 이용은 이미 공지되어 있다. 키랄 성분의 첨가는 네마틱 재료의 디렉터(director)에 트위스트 방향을 부여하여 콜레스테릭 재료를 생성한다. 이러한 트위스트의 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향, 즉 오른쪽 회전 또는 왼쪽 회전이 될 수 있다. 상반된 트위스트를 갖는 두 가지 상이한 키랄 재료를 첨가하면, 상기 혼합물의 조성물 및 온도에 따라 제로(zero) 트위스트를 생성시킬 수 있다. 몇몇의 화합물은 오른쪽 및 왼쪽 회전력을 둘다 보유한 분자를 가질 수 있으며, 이들은 광학 이성체가 동량으로 존재하는 경우에 통상적인 비키랄 (non-chiral) 액정성 재료과 구별할 수 없는 라세미체성 혼합물을 형성하는 광학 이성체이다.
CM13:-90% (90% H4 + 10% M7) + 10% (49% CC1+51% CC4)
등방성 135°, 콜레스테릭 52.3° S* C-15°S?.
S?은 미지의 스멕틱상을 의미한다.
6μm 셀에서, 0 트위스트 상태는 스멕틱A/콜레스테릭상 전이 온도보다 ~10℃ 이하로 높은 온도에서 얻어진다. 30℃에서, 혼합물의 자발 편광은 3.4nC/㎠ 이고, 경사각(즉, 원추각의 절반)은 21°이다.
[실시예 2]
CM15:-15.9% (31.4% CC9 + 68.6% CC4) + 94.1% H1
등방성 135°, 콜레스테릭 56.1° S* C20°고체.
6μm 셀내에서, π트위스트 상태는 스멕틱 C*-콜레스테릭 전이 온도보다 몇 ℃ 높은 경우에 유지된다. 초기에 상기 S* C상으로 냉각시킨 후의 정렬 상태는 불량하지만, ~20VpK 10Hz 구형파를 인가함으로써 스멕틱 C*에서의 0트위스트 정렬이 유도된다. 이어서, 콜레스테릭상으로 되기까지 다시 가열하고, 다음에 적당한 부호의 직류 전계로 냉각시켜 원하는 정렬을 얻는다.
50℃ 및 30℃에서, 혼합물의 자발 편광은 각각 2nC/㎠ 및 6.2nC/㎠ 이다.
[실시예 3]
단일 콜레스테릭 성질 키랄 성분과 S 호스트의 혼합.
LPC6:-0.5% CC +99.5% (95% H4 + 5% M7)
등방성 152℃ 콜레스테릭 76.8° S* CO S?
6μm 셀에서, 0 트위스트 상태는 스멕틱 C*-콜레스테릭 전이 온도보다 0.2℃ 이하로 높은 경우에 얻을 수 있다.
[실시예 4]
UCM 30:-92.5% (85% H4+15% M7)+7.5% CC 12
등방성 155.8℃ 콜레스테릭 60.5℃, S* C15°S?
상기 콜레스테릭 피치-온도 곡선은 제5c도와 유사하다. PS는 50.5℃에서 4.4nC/㎠이고, 25℃에서 8.4nC/㎠ 이다. 두께가 6.2μm인 셀에서, 0트위스트 상태는 S* C-콜레스테릭상 전이 온도보다 7℃ 이하로 높은 온도에서 얻어진다.
[실시예 5]
LPM 13:-72.5% H1 + 25% M7 +2.5% CC 13
등방성 118°, 콜레스테릭 56.3°키랄 스멕틱 PS는 20℃에서 10nC/㎠ 이고, 46℃에서 5nC/㎠이다.
상기 재료는 콜레스테릭상에서 0트위스트를 나타낸다.

Claims (13)

  1. 각각 전극(11, 12)을 갖고, 액정 분자에 대해 균일하게 정렬 되도록 정렬 방향(R1, R2)이 평행하거나 거의 평행하도록 처리된 표면을 갖는 두개의 셀 벽(9, 10)사이에 포함된 경사진 키랄 스멕틱 액정 재료의 층(14)을 포함하고, 한 편광판(2)의 광축이 다른 편광판(3)의 광축에 대하여 교차된 두개의 편광판(2, 3)사이에 상기 셀 벽(9, 10) 및 층(14)이 배열되어 두가지 상태로 스위칭할 수 있는 액정 장치에 있어서, 상기 한 편광판의 광축은 상기 셀(9, 10)중 한 셀의 정렬 방향(R1 또는 R2)과 평행이 되고, 상기 액정 재료(14)는 액정 장치의 정상 동작 온도에서 경사진 키랄 스멕틱상을 갖고, 높은 온도에서 콜레스테릭상을 가지며, 콜레스테릭-스멕틱 전이 온도 보다 0.1℃ 이상 높은 온도에서 콜레스테릭상의 층두께 이상의 콜레스테릭 피치(pitch)와, 0.1nC/㎠ 이상의 자발 편광 계수(spontaneous polarization coefficient)를 가지며, 온도가 증가함에 따라 키랄 스멕틱-콜레스테릭-등방성으로 되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 적당한 극성의 직류 펄스를 전극(11, 12)에 인가하여, 장치의 상태를 광 투과 상태와 불투명 상태 사이를 변경시키는 수단(6), 상기 장치에 입사되는 광을 측정하는 수단(4)과 측정된 광이 예정치를 초과하는 경우에 광이 투과되지 않은 상태로 상기 장치를 스위칭하는 수단(5)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 셀 벽(9, 10)상의 정렬 방향(R1, R2)은 평행이 되거나, 동일한 방향으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자발 편광 계수(PS)는 1.0nC/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스멕틱 피치는 1μm 이상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스멕틱 피치는 액정 층(14)의 두께 이상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액정 층(14)의 두께(d)는 d 15μm인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 콜레스테릭 피치(p)는 콜레스테릭-스멕틱상 전이 온도 보다 0.1℃ 이상 높은 온도에서 콜레스테릭상의 2d 이상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 콜레스테릭 피치(p)는 콜레스테릭-스멕틱상 전이 온도 보다 0.1℃ 이상 높은 온도에서 콜레스테릭상의 4d 이상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 스위칭된 두 상태에서 액정 분자 방향(D1, D2)사이의 각도는 약 45°인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전극(11, 12)은 디지탈 값(21)을 표시하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액정 층(14)과 편광판(2, 3)를 통해 주위 광을 역으로 반사시키는 반사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 액정 재료는 좌선성 콜레스테릭 트위스트 성질을 갖는 최소한 하나의 성분과 우선성 콜레스테릭 트위스트 성질을 갖는 최소한 하나의 성분을 갖는 혼합물이고, 상기 성분의 비율은 콜레스테릭-스멕틱상 전이에 인접한 범위 이상에서 요구되는 값의 콜레스테릭 피치가 주어지도록 배열된 것을 특징으로 하는 액정 장치.
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