KR100193354B1 - 액정 광 변조 장치 및 재료 - Google Patents

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리앙 치 치엔
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유젠 웬닝거
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Abstract

본원은 양성유전비등방성인 키랄네마틱액정내에 분산된 중합체 네트워크의 상분리된 폴리도메인들로 구성되며, 당해 중합체가 가교결합된 중합체로 총중량의 10wt %이하를 점하는 신규의 액정광변조쎌 및 물질에 관한다. 폴리도메인 근처의 액정이 주변지역액정보다 인가된 전장에 덜 감응하는 때문에 당해 신규의 물질은 상이한 전장상태하에서 상이한 광학적상태를 보여준다. 첫번째 구체예서는 당해물질이 전장-OFF하에서는 광산란상태를 보여주고, 전장-ON하에서는 광학적으로 맑은 상태를 보여줌에 반해, 두번째 구체예에서는 그와 반대되는 상태를 보여준다. 끝으로 세번째 구체예의 당해 신규물질은 전장-ON하에서는 광학적으로 맑은 상태를 보여주고 제로전장하에서는 유색의 광반사상태와 광산란 상태를 안정하게 유지한다.

Description

[발명의 명칭]
액정 광 변조 장치 및 재료
[발명의 상세한 설명]
본원은 일반적으로 액정 광 변조 광치(liquid crystalline light modulating device), 보다 상세하게는 다양한 전장 조건하에서 다양한 광학적 상태를 나타내며, 전장-ON 또는 전장-OFF 방식에서 광학적 쌍안정성 및 모든 시각에서의 무 흐림(haze-free) 광 투과성을 포함한 특성의 독특한 컴비네이션을 특징으로하는 신규의 상분리 중합체 액정 디스플레이 쎌 및 재료에 관한 것이다.
다양한 전기 광학 장치용의 전기적 스위치가 가능한 액정 중합체 필름이 기계적 포획 방법에 의해 제조되어 왔다. 이러한 방법중 하나에서는 액정을 플라스틱 또는 유리 시트의 미소공극 속으로 흡수시킨다. 또다른 방법에서는 폴리비닐알콜과 같은 수용성 폴리머 내 또는 라텍스 에멀션 내 네마틱액정의 수성 에멀션으로 부터 물을 증발시킨다.
기계적 포획 방법의 주요 장점을 제공하는 다른 방법과 유화 방법에서는 중합체상에 분산된 액정상을 형성하기에 적합한 합성수지와의 균질 용액으로부터 네마틱 액정을 상분리시킨다. 이렇게 얻은 재료는 중합체 분산 액정(PDLC)필름이라고 언급된다. PDLC 필름의 일부 장점이 미합중국 특허 제4,671,618호, 제4,673,255호, 제4,685,771호 및 제4,788,900호에 기재되어 있다. PLDC 필름은 많은 부분의 디스플레이 및 윈도우용 스위치 가능한 코팅으로부터 영사용 디스플레이 및 고 선명 텔레비젼 까지 다양한 용도에서 유용한 것으로 나타났다.
상분리 방법은 경화제 첨가로 개시되는 중합에 의해, 자외선에 의해 또는 불혼화성(immiscibility) 영역까지 냉각시킴으로서 실시할 수 있다.
또다른 방법은 용매내 액정과 중합체 용액의 매트리스 생성 조성물로 부터 용매를 증발시키는 것이다.
다양한 PDLC 필름 제조 방법은 액정상의 유효 굴절율을 중합체의 굴절율과 일치 및 불일치시켜 원하는 시각(viewing angle)을 얻음으로서 필름과 합체되어있는 디스플레이, 윈도우 등이 보이게 하거나 투명하게 되도록 할수 있다. 양성 유전 비등방성을 지닌 액정으로 제조된 PDLC 필름의 경우, 전장-ON 상태에서 액정의 정상 굴절율이 중합체의 굴절율과 일치되면 액정의 광학적 굴절축이 전장과는 평행하고 화면내는 수직이 되기 때문에 디스플레이 또는 윈도우는 가시화되거나 투명하게 된다. 전장-OFF 상태에서는, 액정과 중합체의 광학적 축이 정렬되지 않고 랜덤 배향되어 입사광이 산란되고 디스플레이 또는 윈도우가 불투명하게 된다.
상술한 바와같이 액정의 정상굴정율이 중합체의 굴절율과 일치하는 윈도우 또는 디스플레이에서는 일반적으로 화면에 수직인 전장의 방향을 따라 보았을 때 장치는 가장 투명하게 나타난다 (전장-ON상태). 충분한 경사시각에서 본질적으로 불투명하게 나타날때까지 경사시각을 증가시키면 흐림(haze)도가 증가하면서 투명도는 감소한다. 이 흐림 조건은 화면과 수직인선으로부터 시각이 벗어날수록 액정의 유효굴절율가 매트릭스의 굴절율간의 불일치가 더욱 커지기 때문이다.
PDLC 필름의 또다른 개발로서 1991년 2월 19일에 특허된 미합중국 특허 제4,994,204호, (미합중국 특허 출원번호 07/324,051)는 액정중합체와 같은 복굴절 중합체를 사용하였다. 복굴절 중합체로 제조된 PDLC 필름은 모든 입사광에 대해 무흐림 투명도를 디스플레이하는 특성을 지닌다. 이것은 중합체의 정상 및 이상 굴절율을 액정의 정상 및 이상 굴절율과 일치시킴으로서 성취 되었다.
복굴절 중합체로 제조된 PDLC 필름은 전장-ON 상태에서는 투명하게 되고 전장-OFF 상태에서는 빛을 산란시키도록 정상방식으로 조작 할 수 있다. 선택적으로, 상기 필름은 전장-OFF 시에는 투명하게 되고 전장-ON 상태에서는 빛을 산란시키도록 역으로 또는 fail-safe방식으로 작동될 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 선행기술보다 우수한 주요장점을 제공하는 특성들의 독특한 조합을 보여 주는 신규의 전기적 스위치가 가능한 PDLC 물질에 관한 것이다. 예컨대, 당해 신규물질은 전장-OFF상태 (field-OFF condition)에서는 광을 산란시키고, 전장-ON 상태(field-ON condition)에서는 맑은 상태가 되는 기준방식으로 또는 전장-OFF상태에서는 맑은 상태가되고, 전장-ON상태에서는 광을 산란시키는 상태가 되는 역방식으로 그 어느 쪽방식으로든 작동 될 수 있다. 상술한 양쪽예 모두에서, 당해 신규물질은 맑은 상태에 있을 때 모든 시각에서 무흐림(haze-free)상태를 보여준다.
본 발명의 또다른 중요한 특징은 신규의 PDLC 물질이 인가전장의 부재하에서도 안정한 2개의 광학적으로 상이한 상태를 보여 줄 수 있도록 제조될 수 있다는 것이다. 당해물질은 디스플레이 장치에 삽입되었을 때 전장에 의해 한 상태에서 다른 상태로 전이될 수 있다. 저 전장펄스는 외관으로 볼 때 백색으로 보이는 광산란상태를 유발한다. 고 전장펄스, 즉 액정디렉터를 동방성적으로 정렬시키기에 충분한 전장의 인가는 당해물질을 어떤 바람직한 컬러를 보여주는 광반사상태로 전이 시키게 된다. 광산란 및 광반사상태는 제로 전장하에서도 안정을 유지한다. 고전장하에서, 당해 물질은 전장이 제거 될 때까지 투명한 상태를 유지한다. 전장을 신속제거 하면, 당해물질은 광반사상태로 전이하고, 전장을 서서히 제거하면, 당해물질은 광산란상태로 전이한다. 당해물질에 기계적 스트레스를 가하여 당해물질을 광산란상태에서 광반사상태로 전이시킬 수도 있다.
쌍안정물질의 주요한 잇점은 그것이 고해상 플랫판넬 스크린 제조시 필요로되는 활성 매트릭스의 사용을 필요치 않게 해준다는 데 있다. 스크린이 각 픽셀(pixel) 부위의 활성요소 및 디스플레이 어드레스용으로 멀티플렉싱체계 부재하에 제조되게 됨으로서 디스플레이 생산의 간소화, 생산량의 증대 및 디스플레이 가격의 감소가 구현되게 된다.
멀티플렉스 플랫 판넬 액정 디스플레이는 새삼 새로울 것이 없는 것으로 스피드, 대비 또는 컬러가 중요한 문제가 되지 아니하는 랩-톱 컴퓨터스크린과 같은 스크린용으로 주로 초(超)트위스트된 네마틱 물질의 사용을 통해 개발 되어왔다. 표면 안정화된 쌍안정상태를 보여주는 강유전성 액정 역시 멀티플렉스화 될 수 있지만, 이것 역시 표면이 장시간 동안 또는 과도한 작동 조건하에서 안정성을 잃어버리는 때문에 상업적 가치를 지니지 못하는 것으로 판명되었다. 본발명 신규물질은 당해 광산란 및 광반사가 정교한 표면조건부재하에서도 실질적으로 안정하게되는 것을 포함하여 여러 가지 잇점을 제공한다. 본발명 물질로 제조된 디스플레이장치는 디스플레이의 밝기를 제한하는 편광체판(polarizers)의 사용을 필요로하지 않는다. 더욱이, 당해물질을 사용하면 컬러가 당해 물질자체에 의해 도입되게 되기 때문에 밝기의 감소를 가져오는 컬러 필터의 사용을 필요 없게 한다.
본 발명 PDLC 액정 광 변조 물질은 액정분자 정렬 용으로 처리된 벽구조와 전장 형성용의 어떤 적당한 어드레싱 수단을 지니는 쎌에 주입된다. 당해 어드레싱수단은 당업계에 공지된, 활성매트릭스, 멀티플렉싱회로, 전극등과 같은 것이 될 수 있다. 당해 신규의 액정 광 변조 물질은 양성유전 비등방성인 키랄 네마틱액정 내에 분산된 중합체 네트워크의 상분리된 폴리도메인들로 구성된다. 이때, 중합체의 양은 키랄 액정과 중합체의 총중량을 기준으로 10wt%이하가 된다. 폴리도메인 부근의 액정분자들은 중합체 네트워크에 의해 바람직하게 배향 및 고정되게 됨으로서 배향이 전장상태 및 쎌벽의 표면정렬효과에 의해 강하게 영향을 받게되는 주변 액정분자에 비해 전장에 보다 덜 감응케된다. 이러한 결과로, 신규의 물질은 상이한 전장상태하에서 상이한 광학상태 즉, 광산란, 광반사 및 광투과 상태를 보여 줄 수 있게 된다.
중합체 네트워크 형성용의 단량체 물질은 키랄 네마틱 액정과 함께 가용화된 뒤, 중합화시 상분리되어 정돈된 질서 정연한 중합체 네트워크를 이루게 된다. 유용한 단량체들의 예는 가교결합할 수 있는 최소한 2개의 중합화 가능 이중결합을 갖는 것으로, 비스아크릴레이트등과 같은 것을 들 수 있다. 키랄네마틱 액정은 바람직한 핏치길이를 창출키에 충분한 양의 양성 유전비등받성인 네마틱액정과 키랄물질로 구성되는 혼합물이다.
전장-ON상태에서는 광산란상태가 되고, 전장-ON 상태에서는 광투과상태가 되는 기준방식 또는 전장-OFF상태에서는 광투과상태가 되고, 전장-ON 상태에서는 광산란 상태가 되는 역방식 그 어느쪽 방식으로든 작동될 수 있는 쎌에 있어, 당해 키랄 네마틱 액정은 적외선을 반사 시키기에 효과적인 핏치길이를 지닌다. 기준 방식 쎌의 바람직한 핏치길이는 약 1.3-약 1.6 마이크론이 되고, 역방식 쎌의 바람직한 핏치길이는 약 1.3-약 3.7 마이크론이 된다. 기준방식으로 작동하는 액정 광 변조 물질은 네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 9wt%-약 11wt%의 키랄 물질을 함유하는 키랄네마틱 액정과, 키랄액정과 중합체의 총중량을 기준으로 약 2.5wt%-약 5wt%의 중합체로 구성된다. 역방식으로 작동되는 액정 물질의 예들은 네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준 약 4wt%-약12wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정혼합물과 중합체의 총중량을 기준으로 약 2.4wt%-약 5wt%의 중합체로 구성된다. 양쪽예 모두에서, 당해 중량은 사용되는 특정액정, 키랄물질 및 중합체에 따라 달라질 수 있다.
키랄네마틱액정과 중합체로 구성되는 당해용액은 소량의 광개시제(photo-initiator)를 함유한다. 본원 실행시, 당해용액은 쎌벽에 평행한 액정분자의 표면정렬을 제공할 수 있도록 어떤 적당한 방법으로 처리된 벽을 지니는 쎌에 주입된다.
예컨데, 쎌벽은 마찰시킨 폴리이미드 층을 갖거나 또는 당업계 공지의 세제 또는 화학약품으로 처리된다. 중합화는 UV 조사와 같은 어떤 적당한 방법으로 개시된다. 중합화시, 당해 중합체상은 키랄 네마틱 액정으로부터 상분리되어 가교결합된 중합체 분자로 구성되는 폴리도메인(polydomain)을 형성한다. 폴리도메인 근처의 액정분자들은 중합체네트워크에 의해 바람직하게 배향 및 고정된다.
기준방식 쎌의 경우에는, 중합화가 액정분자를 쎌벽에 직각으로 정렬시켜주는 전장의 존재하에서 진행된다. 중합화 완결시, 전장이 제거되고 나면, 중합체 네트워크부근의 액정분자들은 바람직한 동방성정렬 형태로 고정된다. 주변 키랄액정은 쎌벽의 표면 정렬효과와 중합체 네트워크의 구속효과가 경합하기 때문에 원추초점구조(focal conic texture)를 지니게 된다. 전장-OFF상태에서는 중합체액정물질이 매우 강하게 광을 산란시키는 때문에 쎌은 불투명한 상태가 된다. 전장-ON상태에서는 원추초점 구조가 동방성정렬을 하게 됨으로써 쎌이 광학적으로 맑은 상태가 된다. 액정분자의 동방성정렬과 조성물내 소량의 중합체존재로 인하여, 액정물질 내에서는 사실상 굴절을 기복이 존재치않게 되고, 그에따라, 쎌은 모든 시각 무흐림(haze-free)상태를 보여준다.
역방식 쎌의 경우에서는, 중합화가 전장부재하에 진행된다. 쎌벽의 표면 정열효과로 인하여, 쎌 전체에 걸친 액정분자들이 트위스트된 평면구조를 취하게 된다. 전장부재하에서는 쎌이 가시광의 반사 또는 산란부재로 인하여 광학적으로 맑은 상태를 보여주게 된다. 전장-ON 상태하에서는 중합체 네트워크의 고정효과로 인하여 폴리도메인 근처의 액정분자들이 트위스트된 평면구조를 취하게 된다. 전장존재에서 주변의 액정분자들은 표면정렬효과, 전장 및 액정중합체조성물의 구속이 경합하기 때문에 원추초점구조를 지니게 된다. 이같은 상태하의 쎌은 광을 매우 강하게 산란시킨다.
상술한바와같이, 본원의 중요한 구체예는 안정한 광반사 유색상태, 안정한 광산란 상태, 및 광학적으로 투명한 상태를 보여주는 액정 광 변조물질이 된다. 이같은 구체예의 키랄네마틱액정은 유색의 원편광을 반사 시키기에 효과적인 약 0.25-0.44 마이크론의 핏치길이를 지닌다. 전형적인 핏치길이는 청색에 대해 0.27 마이크론, 녹색에 대해 0.31 마이크론 및 적색에 대해 0.40 마이크론이 된다. 쌍안정컬러 디스플레이는 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 27wt%-48wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정 혼합물과 중합체의 총중량을 기준으로 약 1.0wt%-약4.5%의 중합체를 사용해 제조케된다. 당해중량은 사용되는 키랄물질의 액정 및 중합체에 따라 달라질 수 있다.
쌍안정 컬러 디스플레이는 제로전장 또는 액정디렉터를 정렬 시키기에 적합한 전장하에서 UV조사가 동반되는 액정 중합체용액의 상분리 및 중합화를 이용해 제조케된다. 상술한예에서 형성된 중합체네트워크들은 저전장인 가시의 광산란상태 및 고전장인가시의 광반사상태를 안정화 시켜주는 역할을 하게 된다.
전장-OFF상태에서는 액정분자들이 쎌벽에 대해 트위스트된 평면구조를 취하기 때문에, 쎌은 유색의 광반사 상태에 놓이게 된다. 이같은 상태는, 키랄네마틱액정의 핏치길이에 따라, 녹색, 적색, 청색, 또는 임의의 미리 선택된 컬러를 띠게 된다. 쎌에 저전장 즉, 두께 1 마이크론 당 6볼트를 인가시키게 되면 쎌은 백색의 광산란상태로 전환케 된다. 이같은 상태에서는, 폴리도메인 주위의 액정분자가 표면정렬효과, 전장 및 중합 네트워크의 구속이 경합하는 관계로 원추초점구조를 지니게 된다. 저전장제거시 당해 물질은 광산란 상태로 남아 있게 된다. 쎌에 고전장 즉, 두께 1 마이크론 당 12볼트를 인가시키게 되면 전압제거시 당해물질은 광학적으로 투명한 상태를 유지케 된다. 전장이 신속제거되면, 당해물질은 핏치길이가 지시하는 미리 선택된 컬러를 갖는 균일 트위스트 평면구조로 전이케 된다. 광반사 상태는 제로전장하에서도 안정하게 유지된다. 전장이 서서히 제거되면, 역시 마찬가지로, 제로전장하에서도 안정하게 또한 유지되는 광산란상태로 전이케 된다.
하기 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 그에 수반되는 도면을 통해 우리는 본원의 여러 가지 부가적인 특성 및 잇점을 볼 수 있을 것임과 아울러 본원을 보다 더 명쾌히 이해 할 수 있게 될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명 중합체-액정물질이 주입되어 있는 광 변조 쎌의 선단면도를 도시한 것이다.
제2도는 액정이 동방성적으로 정렬되어 광학적으로 맑은 상태가 된 당해 신규물질의 확대 된 부분 선 단면도를 도시한 것이다.
제3도는 폴리도메인 근처의 액정이 동방성적으로 정렬되고, 주변액정이 원추초점구조를 지니고 있는 광산란 상태의 당해물질의 확대된 부분 선 단면도를 도시한 것이다.
제4도는 액정이 트위스트된 평면구조를 지니고 있는 당해물질의 확대된 부분선 단면도를 도시한 것이다.
제5도는 폴리도메인 근처의 액정이 트위스트된 평면구조를 지니고, 주변 액정이 원추초점구조를 지니고 있는 당해물질의 확대된 부분 선 단면도를 나타낸다.
[바람직한 구체예의 설명]
제1도의 도식화된 쎌은 말단주변이 봉인되고, 스페이서(12)로 분리된 유리판(10,11)으로 구성된다. 당해 유리 판(10,11)은 투명전극(13)을 형성하는 인듐-주석 산화물등으로 피복된다. 투명전극(13)은 액정디렉터의 균질 표면 정렬에 일조를 하는 마찰시킨 폴리이미드 피복층(14)을 지닌다.
제1도의 쎌은 본원의 중합체-액정물질로 채워진다. 액정 광 변조 물질은 양성유전비등방성인 주변 키랄네마틱액정(16) 내에 분산된 중합체네트워크의 상분리된 폴리도메인들(15)로 구성된다. 쎌을 상이한 광학적 상태로 전환 시켜주기 위해 전극(13)에는 AC전압소스(17)가 연결된다.
제1도의 쎌 형태는 본원의 신규한 액정 광 변조 물질의 기능과 특정구체예를 설명하기 위한 것에 지나지 않으며, 또한 당해신규물질은 여러 가지 방식으로 어드레스 될 수 있고, 다른 어떤 형태의 쎌에 주입될 수도 있음을 유의해야 한다. 예컨대, 당해신규물질의 어드레스에는 활성화된 전극을 사용한 외부적 어드레스 방법대신 당업계 공지의 활성 매트릭스, 멀티플렉싱 체계 또는 기타형태의 회로를 사용한 어드레스방법이 사용될 수 있다. 본원의 폴리도메인들(15)은 키랄네마틱액정으로 구성된 용액과 상분리되어 존재하는 가교결합된 중합체 네트워크로 구성된다. 구체적으로 설명하면 폴리도메인(15)근처의 키랄네마틱액정은 가교결합된 중합체에 의해 바람직하게 배향 및 고정됨으로서 주변 액정보다 인가 전장에 보다 덜 감응케되고, 폴리도메인주변의 액정은 전장에 보다 더 잘 감응케 되는 때문에, 쎌은 상이한 전장하에서 상이한 광학 상태를 보여 준다.
중합체함량은 키랄네마틱액정과 중합체의 총중량을 기준으로 10wt%이하가 된다. 바람직한 조성물에서의 중합체함량은 약 1.5-약 5wt%가 된다.
기준방식 및 역 방식으로 작동되는 물질은 대개, 약 2.4-5wt%의 중합체를 함유하고, 쌍안정성물질은, 대개, 약 1.0-약 4.5wt%의 중합체를 함유한다. 다양한 광학적 상태에 있는 쎌의 바람직한 또는 바람직스럽지 아니한 외관이라고 하는 것은 주관적 판단의 대상이 될 것임으로하여, 당해 중합체함량 또한 그에 맞게 달라질 수 있음에 유의해야 한다.
제1도의 쎌을 제조하는 바람직한 방법에서는 당해 중합체(UV조사에 의해 중합화 될 수 있는)와 키랄네마틱액정 및 소량의 광개시제(photo-initiator)를 함께 용해시킨 용액을 만든 뒤, 당해 용액을 마찰시킨 폴리이미드 피복층(14)을 지니는 유리판(10,11)사이에 주입시키고, 주입된 용액에 UV를 조사 함으로서, 중합화와 동시에 중합체가 상분리를 일으켜 폴리도메인(15)을 형성토록 한다. 단량체 액정용액에 대한 그같은 조사는 액정 디렉터를 동방성적으로 정렬시키기에 적합한 전장에 존재 또는 제로전장하에서 행해지게 된다. 후자의 경우, 액정분자는 폴리이미드층(14)의 표면정렬효과에 의해 쎌벽에 대해 평행한 트위스트된 평면구조 형태로 배향되게 된다.
[기준방식쎌(Normal Mode Cell)]
전장-OFF 상태에서는 광을 산란하고, 전장-ON 상태에서는 광학적으로 맑은 상태가 되게 되는 기준방식 쎌들은 적외선 영역의 광을 반사시키기에 적합한 키랄네마틱액정을 사용해 제조케 된다. 바람직한 핏치 길이는 약 1.3-약 1.6 마이크론이 된다. 바람직한 핏치길이를 갖는 액정 광 변조 물질은 네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 9-약 11wt%의 키랄물질을 함유할 수 (하지만, 당해중량은 사용되는 특정액정, 키랄물질 및 중합체에 따라 달라질 수도 있는)있다.
기준방식 쎌들은 단량체-액정용액을 전장 존재하에서 조사하여 제조케된다. 제2도의 전장은 키랄네마틱액정을 트위스트 시키지 않고, 액정 디렉터들(20)을 동방성적으로 정렬 시키기에 적합한 것이 된다. 제2도는 단일 폴리도메인(15)을 보여 준다.
각 폴리도메인들(15)은 복합적으로 가교결합된 3차원 네트워크를 지니는 것으로 여겨 진다. 전장제거시(제3도), 각 폴리도메인 근처의 액정은 중합체 네트워크의 고정효과로 인하여 동방성적으로 정렬하려는 경향을 보여준다. 이때, 주변액정(30)은 원추초점구조 즉, 무질서하게 배향된 나선축을 지니는 나선형으로 트위스트된 분자가 되려고 한다. 원추초점구조는 액정내에서 마찰시킨 폴리이미드층(14)의 표면 정열효과와 중합체네트워크 구속효과가 경합하기 때문에 생긴다. 전장-OFF상태(제3도)에서는 중합체-액정물질이 입사광의 편광화와는 무관하게 독립적으로 강력하게 광을 산란케된다. 액정디렉터들을 동방성적으로 정렬 시키기위해 전장을 형성시켰을때(제2도)는 중합체-액정물질이 광학적으로 맑은 상태를 보여준다. 조성물내의 소량의 중합체 존재로 인하여 액정물질 내에서는 유의 할만한 한 수준의 굴절률 기복이 존재치 않게 되고, 그에따라, 당해 물질이 주입된 쎌은 모든 시각에서 무흐림(haze-free)상태를 보여 주게 된다.
[실시예 1]
전장-OFF상태에서 광을 산란하고, 전장-ON상태에서 광학적으로 투명한 상태가 되는 기준방식 쎌을 네마틱액정와 키랄물질의 총중량을 기준으로 8.8wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.9wt%의 가교-결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 1.4 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정혼합물 : 175.2mg;
4-(2-메틸부틸페닐)-4'-비페닐카복실레이트(키랄물질) : 8.3mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 8.5mg;
비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 5.7mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg
E-31LV는 기본적으로 4-에틸 4'-시아노비페닐, 4-부틸-4'-시아노비페닐, 4-헥실-4'-시아노비페닐, 4-메톡시-4'-시아노비페닐, 4-프로필옥시-4'-시아노비페닐, 4-펜틸-4'-시아노비페닐 및 4-(4'에틸비페닐-4-카보닐옥시)메틸 벤젠의 혼합물로 구성된다.
중합화 용액을 말단이 봉인되고, 8 마이크론 두께의 Mylar 스페이서에 의해 분리된 2개의 유리판을 지니는 쎌에 채웠다. 유리판은 투명전극을 제공할 수 있는 인듐-주석 산화물로 피복시켰다. 전극은 폴리이미드로 피복시킨 뒤, 마찰시켜 액정의 균질표면 정렬유발능을 지니도록 하였다.
상기 용액을 채운 쎌에 UV를 조사하여 단량체를 중합화 시키고, 중합화에 의해 형성된 중합체가 키랄 액정 내에서 중합체 네트워크의 폴리도메인으로 상분리되도록 하였다. 쎌에 대한 UV조사시, AC전압을 인가하여, 액정이 동방성 정렬을 하도록 하였다.
제로전장하에서, 당해 쎌은 불투명한 또는 광산란상태를 보여 주었고, 이때의 투광도는 5% 이하였다. AC 전압(Vrms=35V)인가시, 당해 쎌은 광학적으로 맑은 상태를 보여 주었다. 전장-ON하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 투명한 상태를 보여 주었다.
[실시예 2]
핏치길이와 키랄물질의 농도 변화가 전장-OFF하 쎌의 광산란 등에 미치는 영향을 조사키 위해 하기 테스트를 행하였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 11.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.9wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 기준방식쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 1.4 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정혼합물(EM 사제) : 144mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 18mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 4.9mg; 및
벤조인메틸에테르 (광-개시제) : 1.0mg.
실시예 1에서와 동일한 방식으로 쎌을 제조하였다. 중합화시, AC전압을 인가하여 액정이 동방성정렬을 하도록 하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 불투명한 또는 광산란 상태를 보여 주었고, 이때의 투광도는 5%이하였다. AC 전압(Vrms=25V)인가시, 당해 쎌은 광학적으로 맑은 상태를 보여 주었다. 전장-ON하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 투명한 상태를 보여 주었다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 12.9wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체의 총중량을 기준으로 3.3wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 기준방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 1.2 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정혼합물 : 137mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 20.4mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 5.3mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 2.4mg.
실시예 1에서와 동일한 방식으로 쎌을 제조하였다. 중합화시, AC전압을 인가하여 액정이 동방성정렬을 하도록 하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 불투명한 또는 광산란 상태를 보여 주었고, 이때의 투광도는 15%였다. AV전압(Vrms=21V)인가시, 당해 쎌은 광학적으로 맑은 상태를 보여 주었다. 제로 전광투광도가 15%로, 당해 쎌은 최저한의 유효효과를 보여 주었다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 5.9wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.2wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 기준방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 2.6 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 200mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 12.6mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 4.8mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.8mg.
실시예 1에서와 동일한 방법으로 쎌을 제조하였다. 중합화시, AC전압을 인가하여 액정이 동방성정렬을 하도록 하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 불투명한 또는 광산란상태를 보여 주었고, 이때의 투광도는 62%였다. AV전압(Vrms=14V)인가시, 당해 쎌은 광학적으로 맑은 상태를 보여 주었다. 전장존재하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 투명한 상태를 보여주었다. 제로 전광투광도가 62%로, 당해 쎌은 용인할 것이 못 되었다.
[실시예 3]
단량체인 4.4'-비스아크릴로일 비페닐의 농도변화가 제로전장하 기준방식쎌의 광산란능에 미치는 영향을 조사하기 위해 테스트를 행하였다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 10.0wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정과 단량체 총중량을 기준으로 4.4wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 기준방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 1.5 마이크론이었다.
중합화 용액 :
E-31LV네마틱액정 : 107mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.91mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 5.5mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.7mg.
실시예 1에서와 동일한 방법으로 쎌을 제조하였다. 중합화시, AC전압을 인가하여 액정이 동방성정렬을 하도록 하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 불투명한 또는 광산란상태를 보여 주었고, 이때의 투광도는 7%였다. AV전압(Vrms=28V)시, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 투명한 상태를 보여주었다. 당해 쎌은 전장-ON상태와 전장-OFF상태간에 좋은 대조를 보여 주었다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 9.9wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체의 총중량을 기준으로 1.2wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 또다른 기준방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 1.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 164mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 18mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 2.2mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.7mg.
실시예 1에서와 동일한 방법으로 쎌을 제조하였다. 중합화시, AC전압을 인가하여 액정이 동방성정렬을 하도록 하였다.
제로 전장하에서, 투광도는 67%였다. AV전압(Vrms=18V)인가시, 당해 쎌은 광학적으로 맑은 상태를 보여 주었다. 전장-ON하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든시각에서 투명한 상태를 보여주었다. 제로 전장 투광도가 67%로, 당해 쎌은 용인할만한 것이 못되었다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 9.8wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 9.0wt%의 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 기준방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄액정은 약 1.5 마이크론의 핏치길이를 지녔다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 101mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.0mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 11.4mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 3.5mg.
실시예 1과 같은 방법으로 당해 쎌을 제조하였다. 당해쎌은 제로전장하에서 거의 투명했던 관계로 좋은 쎌은 못 되었다.
[역방식 쎌(Reverse Mode Cell)]
적외선영역의 핏치길이를 지니는 키랄네마틱액정을 사용하여 전장부재하에서 광학적으로 맑은 상태를, 그리고 전장존재하에서는 광을 산란하는 역방식쎌을 제조하였다. 역방식 셀의 핏치길이는 약 1.3-약 3.7 마이크론이 된다. 보통, 당해 키랄네마틱액정은 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 4-약 12wt%의 키랄물질로 구성(하지만, 당해중량은 사용되는 특정액정, 키랄물질 및 중합체에 따라 달라질 수도 있는)된다.
역방식쎌은 제로전장하의 단량체-액정용액에 U.V를 조사하여 제조한다. 제4도는 마찰시킨 폴리이미드 층(14)의 표면정렬효과에 의해 액정분자가 트위스트된 평면구조(40)형태로 배향되는 모습을 보여준다. 참고번호 15는 단일 폴리도메인(single poly domain)을 개념적으로 보여준다. 전장-OFF하에 존재하는 중합체-액정물질 (제4도에서와 같은)은 가시광선영역의 광을 반사하거나 또는 산란시키지 않기 때문에 광학적으로 맑은 상태를 보여주게 된다.
전장-ON하에 존재하는 폴리도메인(15)근처의 액정분자들(제5도에서와 같은)은 중합체 네트워크의 고정효과로 인하여 트위스트된 평면 배향을 취하게 된다. 이때, 주변 액정은 전장에 의해 원추초점구조(focal conic texture)를 취하게 된다. 전장존재하의 원추초점구조는 폴리이미드층의 표면정렬효과, 전장 및 액정-중합체조성물의 구속이 경합하기 때문에 생긴다. 전장-ON하의 액정-중합체물질(제5도에서와 같은)은 모든 입사광의 편광을 강하게 산란시킨다.
[실시예 4]
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 4.0wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.6wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여, 전장존재하에서는 광을 산란하고, 전장부재하에서는 광학적으로 맑은 상태로 존재하는 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 3.7 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 107mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 4.5mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 5.5mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 3.5mg.
중합화용액을 말단이 봉인되고, 8 마이크론 두께의 Mylar 스페이서에 의해 분리된 2개의 유리판을 지니는 쎌에 채웠다. 유리판은 투명전극을 제공할 수 있는 인듐-주석 산화물로 피복시켰다. 전극은 폴리이미드를 피복시킨 뒤, 마찰시켜 액정의 균질표면 정렬 유발능을 지니도록 하였다.
상기 용액을 채운 쎌에 U.V를 조사하여, 단량체를 중합화 시키고, 중합화에 의해 형성된 중합체가 키랄액정내에서 중합체 네트워크의 폴리도메인으로 상분리되도록 하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF상태하의 투광도는 93%였다. AC전압(Vrms=27V)인가시, 당해 쎌은 불투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서의 투광도는 8%(입사광의 편광에 관계없이)였다.
[실시예 5]
핏치길이와 키랄물질의 농도가 역방식 쎌에 미치는 영향을 조사하기 위하여 하기 테스트를 행하였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 7.8wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과,키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.7wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 1.9 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 159mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 13.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 8.5mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.8mg.
실시예 4와 동일한 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 98%였다. AC전압(Vrms=30V)인가시, 당해 쎌은 불투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서 투광도는 9%(입사광의 편광에 관계없이)였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 12.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.8wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여, 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 1.3 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 129mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 17.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 7.5mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.6mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 96%였다. AC전압(Vrms=41V)인가시, 당해 쎌은 불투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서 투광도는 5%(입사광의 편광에 관계없이)였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 1.39wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.5wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 10.7 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 263mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 3.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 12.5mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.4mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 92%였다. AC전압(Vrms=32V)인가시, 마찰방향에 평행한 편광의 투광도는 35%였다. AC전압(Vrms=18V)인가시, 마찰방향에 수직인 편광의 투광도는 6%였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 16.3wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.4wt%의 가교결합 단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 0.9 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 125.7mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 24.4mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 6.9mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.7mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 94%였다. AC전압(Vrms=50V)인가시, 당해 쎌은 불투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서, 투광도는 11%(입사광의 편광에 관계없이)였다. 이같은 쎌은 또한 전장-ON상태에서 전장-OFF상태로 전환되었을 때 이력효과(hysterisis effect)를 보여주었다.
[실시예 6]
중합체 농도가 역방식 쎌에 미치는 영향을 조사하기 위해 하기 테스트를 행하였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 6.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.1wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 2.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 181mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 4.2mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.9mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 97%였다. AC전압(Vrms=18V)인가시, 당해 쎌은 불투명 또는 광산란상태가 되었다. 전장-ON상태하에서, 투광도는 14%(입사광의 편광에 관계없이)였다. 당해 쎌의 전장제거시간은 5 밀리초(milliseconds)였다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 6wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.9wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 2.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 181mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.5mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 5.7mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.7mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF상태에서 투광도는 95%였다. AC전압(Vrms=21V)인가시, 당해 쎌은 반투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서, 투광도는 8%(입사광의 편광에 관계없이)였다. 당해 쎌의 전장제거시간은 4밀리초였다.
네마틱 액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 6.0wt%의 키랄물질과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 4.3wt%의 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 2.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 180mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.5mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 8.6mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.9mg.
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑은 상태 및 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF하의 투광도는 95%였다. AC전압(Vrms=88V)인가시, 당해 쎌은 반투명 또는 광산란상태를 보여주었다. 전장-ON상태하에서 투광도는 8%(입사광의 편광에 관계없이)였다. 당해 쎌의 제거시간은 3밀리초였다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 6.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 5.8wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 2.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV네마틱액정 : 179mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 10.6mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.2mg;
실시예 4와 같은 방법으로 쎌을 제조하였다.
제로전장하에서, 투광도는 76%였다. AC전압(Vrms=28V)인가시, 당해 쎌은 투광도가 감소하였다. 전장-ON상태하에서 투광도는 46%였다.
네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 6.0wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄액정과 단량체의 총중량을 기준으로 1.0wt% 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 역방식 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치 길이는 약 2.5 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 184mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 11.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 20mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.7mg.
실시예 4와 같은 방법으로 당해 쎌을 제조하였다.
제로 전장하에서, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 시각에서 광학적으로 맑고, 투명한 상태를 보여주었다. 당해 전장-OFF상태하의 투광도는 96%였다. AC전압(Vrms=14V)인가시, 당해 쎌은 반투명 또는 광산란상태가 되었다. 전장-ON상태하에서의 투광도는 13%(입사광의 편광에 관계없이)였다. 전장제거시간은 20밀리초였다. 당해 쎌은 또한 전장에 의해 쉽게 손상되었다.
[쌍안정성 컬러디스플레이 셀(Bistable Color Display Cell)]
한상태에서는 광을 산란하고, 또다른 상태에서는 유색의 원편광을 반사하며, 또한 광학적으로 투명도를 보여줄 수 있는 쌍안정성컬러디스플레이 쎌을 가시광선영역의 광을 반사시키기에 효과적인 핏치길이를 지니는 키랄네마틱액정을 사용해 만들었다. 바람직한 물질은 약 0.25-약 0.44마이크론의 핏치길이를 지닌다. 전형적인 핏치길이는 청색에 대해 0.27 마이크론, 녹색에 대해 0.31 마이크론 및 적색에 대해 0.40 마이크론이 된다. 쌍안정성컬러디스플레이는 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 27-약 48wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정 혼합물과 중합체의 총중량을 기준으로 약 1.0wt%-약 4.5wt%의 중합체를 사용해 제조케된다. 당해 중량은 사용되는 특정 키랄물질, 액정 및 중합체에 따라 달라질 수 있다.
제4도는 평면구조를 지니며, 광반사상태에 있는 제로전장하의 중합화로 제조된 본원의 쌍안정성컬러디스플레이 물질을 개념적으로 보여준다. 이같은 상태에서는 폴리도메인(15)근처의 액정분자와 주변액정분자 모두가 트위스트된 평면구조(도해된 바와 같이)를 취하게 되므로서, 당해물질은 유색의 광(이때, 광의 컬러는 특정 핏치길이에 따라 달라지게 되는)을 반사할 수 있게 된다.
제5도는 광반사상태에 있는 쌍안정성컬러디스플레이 물질을 개념적으로 보여준다. 이 상태에는 폴리도메인(15)근처의 액정만이 트위스트된 평면구조를 취하고, 주변액정은 원추초점구조를 취한다.
당해 쌍안정성물질의 핏치길이가 가시광선을 반사케되는 범위에 있게되면, 제4도의 광반사 상태와 제5도의 광산란상태가 전장부재하에서도 안정케 된다. 당해 쌍안정성물질이 제4도의 광산란 상태에 놓인 상태에서 저전장(예컨데, 마이크론당 약6볼트)이 인가되면, 당해물질은 제5도의 광산란상태로 전이되어 제로전장하에서도 그대로 광산란상태로 존재케된다. 당해 쌍안정성물질이 제5도의 광산란상태에 놓인 상태에서 마이크론당 약 12볼트의 고전장펄스가 인가되면, 당해 액정분자들은 마지막 펄스에서 제4도의 광산란 상태로 전이되어 그 같은 상태를 계속 유지케 된다.
액정분자의 비트위스트상태 유지에 필수불가결한 고전장이 인가되는 경우, 액정디렉터들은 동방성적으로 정렬하여 투명한 상태를 보여주게 된다. 전장이 서서히 제거되는 경우엔, 당해 액정배향이 제5도의 광산란상태로 전이케되고, 전장이 신속제거되는 경우엔, 당해 배향이 제4도의 광산란상태로 전이케된다.
쌍안정성물질은 제로전장 또는 전장존재하에서 단량체-액정용액을 U.V 조사하여 제조케된다. 중합화가 제로전장하에서 행해지는 경우엔, 쎌벽의 표면정렬효과가 제4도의 트위스트된 평면, 광산란배향으로 귀결되게 된다. 중합화가 전장존재 하에서 행해지므로서, 당해 액정디렉터들이 동방성적으로 정렬(제2도)되게 되었을 때, 당해 액정배향은 전장이 신속제거되면 제4도의 광반사상태로, 전장이 서서히 제거되면, 제5도의 광산란상태로 각기 전이케된다.
[실시예 7]
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 29.8wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체와 키랄액정의 총중량을 기준으로 2.7wt% 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여, 한상태에서는 광을 산란시키고, 다른한 상태에서는 적색원편광을 반사하는 쌍안정성컬러디스플레이 쎌을 제조하였다. 당해 키랄액정의 핏치길이는 약 0.41 마이크론이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 67.8mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 14.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 14.8mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 2.7mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg;
말단이 봉인되고, 8 마이크론 두께의 Mylar스페이서에 의해 분리된 2개의 유리판을 지니는 쎌을 중합화용액으로 채웠다. 당해 유리판을 투명전극을 제공할 수 있는 인듐-주석 산화물로 피복시켰다. 전극을 폴리이미드로 피복시킨 뒤, 마찰시켜, 액정의 균질표면 정렬 유발능을 지니도록하였다.
상기용액을 채운 쎌에 U.V를 조사하여, 단량체를 중합화시키고, 중합화에 의해 형성된 중합체가 키랄액정내에서 중합체네트워크의 폴리도메인으로 상분리되도록하였다. 당해 쎌의 상태를 전압펄스를 사용해 조절하였다. 고AC전압(Vrms=104V)펄스 인가시, 당해 쎌은 입사광에 대해 광학적으로 맑고, 투명한 상태를 보여주었다. 고AC전압제거시, 당해 샘플은 반사상태가 되었고, 키랄액정의 핏치로 인하여, 당해 쎌은 적색을 띠었다. AC전압(50V≤Vrms≤85V)인가시, 당해 쎌은 광산란상태로 전환하였고, 당해 저전장 제거 후에도 당해 쎌은 광산란상태를 그대로 유지하였다. 당해 반사 및 산란상태는 제로전장하에서도 수개월간 안정하였다.
[실시예 8]
키랄물질의 농도와 키랄네마틱액정의 핏치길이를 달리하여 하기 테스트 쎌들을 제조하였다.
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 45.3wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체와 키랄네마틱 액정의 총중량을 기준으로 1.5wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 청색반사상태를 지니는 쌍안정성 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 0.27 마이크론(청색원편광을 반사하는)이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 132.6mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 50.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 59.7mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 3.7mg; 및
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg
당해 쎌을 실시예 7과 같은 방법을 사용해 제조하였다. 당해 쎌은 고전압펄스제거 후에도 청색반사상태로 존재하였다.
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 39.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체와 키랄액정의 총중량을 기준으로 2.0wt%의 가교결합단량체로 구성되는 용액을 사용하여 녹색반사상태를 지니는 쌍안정성 쎌을 제조하였다. 당해 키랄액정의 핏치길이는 약 0.31 마이크론(녹색원편광을 반사하는)이었다.
중합화 용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 85.6mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 27.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 28.0mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 2.9mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg.
당해 쎌은 실시예 7과 같은 방법으로 제조하였다. 당해 쎌은 고전압펄스제거 후에도 녹색반사상태로 존재하였다.
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 30.0wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체와 키랄액정의 총중량을 기준으로 1.9wt%의 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여 적색반사상태를 지니는 쌍안정성 쎌을 제조하였다. 당해 키랄액정의 핏치길이는 약 0.41 마이크론이었다.
중합화용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 80.0mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 16.7mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 17.5mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 22mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg;
실시예 7과 같은 방법을 사용하여 샘플 쎌을 제조하였다. 당해 쎌은 고전압펄스의 제거후에도 적색반사상태를 유지하였다.
[실시예 9]
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 39.1wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 단량체와 키랄네마틱액정의 총중량을 기준으로 2.0wt%의 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여 반사상태와 산란상태사이에 상당한 정도까지의 대조를 보여주는 녹색반사 쌍안정성 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 0.31 마이크론(녹색의 원편광을 반사하는)이었다.
중합화용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 85.6mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 27.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 28.0mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 2.7mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg.
말단이 봉인되고, 8 마이크론 두께의 Mylar스페이서에 의해 분리된 2개의 유리판을 지니는 쎌을 중합화용액으로 채웠다. 당해 유리판을 투명전극을 제공할 수 있는 인듐-주석 산화물로 피복시켰다. 전극을 폴리이미드로 피복시킨 뒤, 마찰시켜, 액정의 균질표면 정렬 유발능을 지니도록 하였다.
상기용액을 채운 쎌에 U.V를 조사하여, 단량체를 중합화시키고, 중합화에 의해 형성된 중합체가 키랄액정내에서 중합체네트워크의 폴리도메인으로 상분리되도록하였다. 당해 쎌이 U.V조사를 받는 동안, AC전압을 인가하여 액정이 동방성 정렬을 하도록하였다.
당해 쎌의 상태를 전압펄스를 사용해 조절하였다. 고AC전압(Vrms=104V) 인가시, 당해 쎌은 입사광에 대해 모든 각도에서 광학적으로 맑고, 투명한 상태를 보여주었다. 고AC 전압제거시, 당해 샘플은 반사상태가 되었고, 키랄액정의 핏치로 인하여, 당해 쎌은 녹색을 띠었다. AC전압(50V≤Vrms≤85V)인가시, 당해 쎌은 광산란상태로 전환하였고, 당해 저전장 제거 후에도 당해 쎌은 광산란상태를 그대로 유지하였다. 당해 반사 및 산란상태는 제로전장하에서도 안정한 상태를 보여주었다. 이같은 쎌은 실시예 7 또는 실시예 8에서 제조된 쎌보다도 훨씬더 우수한 반사상태와 산란상태간의 대조를 보여주었다.
[실시예 10]
중합체의 농도가 쌍안정성 쎌에 미치는 영향을 조사하기 위하여 하기 테스트를 행하였다.
단량체가 존재치 아니하는 키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 32.4wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정만으로 구성된 용액을 사용하여 쎌을 제조하였다.
용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 121.6mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 29.7mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 20.5mg.
말단이 봉인되고, 10 마이크론 두께의 Mylar스페이서에 의해 분리된 2개의 유리판을 지니는 쎌을 키랄네마틱액정용액으로 채웠다. 당해 유리판을 투명전극을 제공할 수 있는 인듐-주석 산화물로 피복시켰다. 전극을 폴리이미드로 피복시킨 뒤, 마찰시켜, 액정의 균질표면 정렬 유발능을 지니도록하였다.
제로전장하에서, 당해 산란상태는 1시간에 걸쳐 반사상태로 전환하였다. 이같은 쎌의 반사상태는 균일치아니하였다.
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 29.8wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 키랄네마틱액정과 단량체의 총중량을 기준으로 2.7wt%의 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여 쌍안정성단량체를 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 약 0.41 마이크론이었다.
중합화용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 67.8mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 14.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 14.8mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 2.7mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 1.0mg;
당해 쎌을 실시예 7과 동일한 방법을 사용해 제조하였다. 반사상태의 쎌은 고전압펄스의 제거후에도 적색상태로 존재하였다. 쎌을 반사 또는 산란상태로 전환시키는데 필요로 되는 전압은 실시예 7과 같았다. 반사상태와 산란상태는 좁은대조를 보여주었으며, 양쪽상태는 모두 안정하였다.
키랄물질과 네마틱액정의 총중량을 기준으로 30.3wt%의 키랄물질을 함유하는 키랄네마틱액정과, 6.9wt%의 가교결합단량체로 구성된 용액을 사용하여 쌍안정성 쎌을 제조하였다. 당해 키랄네마틱액정의 핏치길이는 0.40 마이크론이었다.
중합화용액의 조성 :
E-31LV 네마틱액정 : 92.8mg;
4-(2-메틸부탄페닐)-4'-(2-메틸부틸)-4-비페닐 카복실레이트(키랄물질) : 20.0mg;
4-시아노-4'-(2-메틸)부틸비페닐(키랄물질) : 20.3mg;
4,4'-비스아크릴로일 비페닐(단량체) : 9.9mg;
벤조인 메틸 에테르 (광-개시제) : 0.8mg;
하기 표 1은 각 본원 구체예의 키랄물질 및 중합체와 핏치길이, 작동전압의 예시적 농도범위를 요약한 것이다.
본원은 청구범위 범주내에서의 다른 방식으로의 실행도 가능함에 유의해야 한다.

Claims (20)

  1. 액정광변조물질, 액정분자를 정렬 시키기 위해 처리한 쎌벽구조, 및 상기 액정광변조물질내에 전장을 형성시키기 위한 수단을 포함하는 광변조쎌에 있어서, 상기 물질이 상이한 전장상태하에서 상이한 광학적 상태를 보여주는 것으로, 액정내에 분산된 중합체 네트워크의 상분리된 폴리도메인들로 구성되며, 상기 액정이 양성유전비등방성인 키랄네마틱액정이고, 상기 중합체가 가교결합된 중합체로, 액정과 중합체의 총중량을 기준으로 10%이하의 양으로 존재하는 광변조쎌.
  2. 제1항에 있어서, 키랄네마틱액정이 적외선 영역의 광을 반사시키에 효과적인 핏치길이를 갖는 광변조쎌.
  3. 제1항에 있어서, 키랄네마틱액정의 핏치길이가 약 1.3-약 3.7 마이크론인 광변조쎌.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 중합체가 가교결합된 중합체인 광변조쎌.
  5. 제4항에 있어서, 키랄네마틱액정의 핏치길이가 약 1.3-약 1.6 마이크론인 광변조쎌.
  6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 키랄네마틱액정이 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 4-약 12wt%의 키랄물질을 함유하는 광변조쎌.
  7. 제1항, 제2항 또는 제4항에 있어서, 키랄네마틱액정이 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 9-약 11wt%의 키랄물질을 함유하는 광변조쎌.
  8. 제1항에 있어서, 키랄네마틱액정이 가시광선영역의 광을 반사시키기에 효과적인 핏치길이를 갖는 광변조쎌.
  9. 제8항에 있어서, 중합체가 가교결합된 중합체인 광변조쎌.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 키랄네마틱액정의 핏치길이가 약 0.2-약 0.44 마이크론인 광변조쎌.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 키랄네마틱액정이 네마틱액정과 키랄물질의 총중량을 기준으로 약 27-약 48wt%의 키랄물질을 함유하는 광변조쎌.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 중합체가 키랄액정과 중합체의 총중량을 기준으로 약 1.5-약 4.5wt%의 양으로 존재하는 광변조쎌.
  13. 액정광변조물질, 액정분자를 정렬 시키기 위해 처리한 쎌벽구조, 및 상기 액정광변조물질내에 전장을 형성시키기 위한 수단을 포함하는 광변조쎌에 있어서, 상기 물질이 키랄네마틱액정과 정돈된 중합체네트워크의 상분리된 폴리도메인으로 구성되고, 폴리도메인 근처의 액정이 주변지역 액정보다 인가된 전장에 덜 감응케 됨으로서, 상이한 전장조건에 감응하여 상이한 광학적상태를 보여주게 되며, 상기 중합체가 키랄액정과 중합체의 총중량을 기준으로 약 10%이하의 양으로 존재하는 광변조쎌.
  14. 제13항에 있어서, 중합체가 키랄액정과 중합체의 총중량을 기준으로 약 2.4-약 5wt% 의 양으로 존재하는 광변조쎌.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 키랄네마틱액정이 적외선 영역 광반사에 효과적인 핏치길이를 갖는 광변조쎌.
  16. 제15항에 있어서, 폴리도메인 근처의 액정이 전장-ON상태하에서 동방성정렬을 하며, 주변지역액정이 전장-OFF상태하에서는 광을 산란하는 원추초점구조를, 전장-ON상태하에서는 광학적으로 맑은 동방성정렬을 하는 광변조쎌.
  17. 제15항에 있어서, 폴리도메인 근처의 액정이 전장-ON상태하에서 트위스트된 평면구조를 지니며, 주변지역 액정이 전장-OFF상태하에서는 광학적으로 맑은 트위스트된 평면구조를, 전장-ON상태하에서는 광을 산란하는 원추초점구조를 지니는 광변조쎌.
  18. 제13항에 있어서, 키랄네마틱액정이 가시광선영역의 광을 반사시키기에 효과적인 핏치길이를 지니는 광변조쎌.
  19. 제18항에 있어서, 중합체가 가교결합된 중합체이고, 키랄액정과 중합체의 총중량을 기준으로 약 1.5-약 4.5wt%의 양으로 존재하는 광변조쎌.
  20. 제18항 또는 제20항에 있어서, 주변지역액정이 고전장 상태가 제거된후의 전장-OFF상태하에서는 안정한 광반사 트위스트된 평면구조를, 그리고, 저전장상태제거후의 전장-OFF상태하에서는 안정한 광산란 원추초점구조를 보여주는 광변조쎌.
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