KR100260291B1 - 액정재료및이를사용하는액정표시장치 - Google Patents

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니시무로 타이죠
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Abstract

본 발명은 강유전성 액정 화합물 하기 화학식(1)의 실록산 화합물을 포함하는 액정에 관한 것이다:
Figure pat00001
상기 식에서,
m은 0 내지 20의 정수이고,
n은 0 내지 8의 정수이고,
p는 0 또는 1이고,
q는 0 내지 2의 정수이며,
R은 메틸기, 에틸기 또는 프로필기 같은 알킬기, 또는 하기 화학식 (2)의 유기 잔기이며,
R*은 광학 활성 중심을 갖는 알킬기이고,
X는 할로겐이다.

Description

액정 재료 및 이를 사용하는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL MATERIAL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 액정 재료 및 이를 사용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
현재, TN[트위스티드 네마틱(Twisted Nematic)] 액정을 사용하는 TN형 표시 장치가 액정 표시 장치로 가장 광범위하게 사용된다. 최근에는, TN 액정보다 더 빠른 반응속도 및 더 넓은 가시각을 획득하기 위하여 액정 재료로서 강유전성 액정 또는 반강유전성 액정을 사용하는 몇가지 액정 표시 방식이 시험되고 있다.
강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 장치에서는, 복굴절 방식, 이색성 방식 및 광 산란 방식이 스위칭 방식으로서 언급된다. 이들 중에서, 이색성 염료를 함유하는 액정 재료를 사용하는 이색성 방식(게스트-호스트 방법)이 하나의 편광자만으로 작동될 수 있으므로 광 이용 효율 면에서 바람직한 방식이다. 그러나, 게스트-호스트 방식에 적합한 큰 경사각(약 45°)은 실제 사용되는 온도범위(상온 포함)에서는 얻기가 어렵다. 이러한 문제점 및 다른 몇가지 문제점 때문에, 이색성 방식에 적합하고 높은 콘트라스트비 및 넓은 가시각을 제공하는 작용을 할 수 있는 강유전성 액정은 아직 개발되지 않았다.
또한, 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 장치는 내충격성이 불량하다는 문제점이 있다.
반강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 장치에서는, 액정에 인가되는 전압의 극성이 매 프레임 기간마다 역전되도록 액정을 대칭적으로 작동시키는 것이 바람직하다. 대칭적으로 작동시키면 액정의 한정된 부분에 축적된 전하로 인해 발생될 수 있는 "연소(burn)"로 알려진 표시 파손을 방지하는 작용을 하기 때문이다. 그러나, 실제적인 온도 범위(상온 포함)에서 대칭적으로 작동시키기에 적합한 큰 경사각(약 45°)을 갖고 높은 콘트라스트 및 넓은 가시각을 획득할 수 있는 반강유전성 액정은 개발되지 않았다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어졌으며, 본 발명의 목적은 액정 재료, 및 높은 콘트라스트비와 넓은 가시각을 획득할 수 있는, 상기 액정 재료를 사용하는 액정 표시 소자를 제공하는 것이다. 구체적으로는, 본 발명의 목적은 이색성 방법에 적합한 강유전성 액정 재료, 대칭 작동 방법에 적합한 반강유전성 액정 재료, 및 내충격성이 탁월한 액정 표시 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 액정 재료(반강유전성 액정)를 사용하는 액정 표시 장치에 인가되는 신호 전압의 파형을 도시한다.
도 2는 본 발명의 액정 재료(강유전성 액정)를 사용하는 액정 표시 장치에 인가되는 신호 전압의 파형을 도시한다.
도 3은 본 발명의 액정 재료를 사용하는 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 4는 실록산 액정 화합물의 함량과 포화 전압 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
본 발명은 강유전성 액정 화합물 및 1 내지 40중량%의 하기 화학식(1)의 실록산 액정 화합물을 포함하는 액정 재료를 제공한다:
화학식 1
Figure pat00003
상기 식에서,
m은 0 내지 20의 정수이고;
n은 0 내지 8의 정수이고;
p는 0 또는 1이고;
q는 0 내지 2의 정수이고;
R은 메틸기, 에틸기 및 프로필기로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기, 또는 하기 화학식 (2)의 유기 잔기이며;
R*은 광학 활성 중심을 갖는 알킬기이고;
X는 할로겐이다.
화학식 2
Figure pat00004
또한, 본 발명은 전극 필름을 갖는 한쌍의 기판, 및 전극 필름이 서로 마주보도록 배치된 한쌍의 기판사이에 삽입된 액정 층을 포함하며, 상기 액정 층이 강유전성 액정 화합물 및 1 내지 40중량%의 화학식(1)의 실록산 액정 화합물을 함유하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 추가의 목적 및 잇점은 하기 상세한 설명에 기재되며, 부분적으로는 하기 상세한 설명으로부터 명백해지거나, 또는 본 발명을 실시함으로써 알 수 있다. 본 발명의 목적 및 잇점은 첨부된 특허청구범위에서 특정하게 지적된 기기 및 조합에 의해 달성되고 수득될 수 있다.
본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 특히 바람직한 태양을 도시하며, 상기 포괄적인 설명 및 하기 바람직한 태양에 대한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
본 발명의 태양이 하기에 구체적으로 기재된다.
본 발명의 액정 재료는 실록산기를 갖는 액정 화합물을 함유한다. 이 화합물이 실록산기를 갖기 때문에, 알킬기만을 함유하는 통상적인 액정 재료보다 더 넓은 온도범위에서(특히, 저온에서) 액정 상태를 취한다. 또한, 실록산 액정 화합물은 점도가 낮아 통상적인 액정 재료와 자유롭게 혼합될 수 있다. 따라서, 실록산 액정 화합물을 사용되는 통상적인 액정 재료와 혼합할 수 있다. 실록산 액정 화합물을 강유전성 액정 화합물과 혼합하는 경우, 매우 낮은 포화 전압이 수득될 수 있다.
구체적으로, 실록산 액정 화합물의 함량은 1 내지 40중량%이고, 5볼트 이하의 포화 전압이 수득될 수 있다. 실록산 액정 화합물의 더욱 바람직한 함량은 1 내지 20중량%이다. 실록산 액정 화합물의 함량이 1중량% 미만인 경우, 액정 표시 소자는 불안정하게 작동한다.
실록산 액정 화합물은 그 액정 분자의 실록산기에 의해 액정 재료가 강유전성인지 반강유전성인지가 결정된다. 즉, 전술한 화학식(1)에서, n이 짝수(예컨대, 2 또는 4)인 경우 액정 재료는 강유전성을 나타내는 반면, n이 홀수(예컨대, 3 또는 5)인 경우 액정 재료는 반강유전성을 나타낸다. 그러나, n이 충분히 큰 경우에는 액정물질이 강유전성을 나타내게 된다.
본 발명에서, 강유전성을 나타내는 액정 재료는 이를 이색성 염료를 함유하는 소위 게스트-호스트 액정으로 만듦으로써 최적 경사각(45°)을 제공한다. 이러한 방식으로, 본 발명은 높은 콘트라스트비 및 넓은 가시각을 획득할 수 있고 이색성 방법에 의해 스위칭을 수행할 수 있는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 이는, 본 발명의 강유전성 액정 재료가 상온을 포함하는 넓은 온도범위에서 게스트-호스트 방식에 적합한 큰 경사각(약 45°)을 획득하고, 통상적인 강유전성 액정 재료에서와 같이 저온 범위에서 급격히 감소하는 반응을 갖지 않기 때문이다. 통상적인 게스트-호스트 방식에 사용하기 위한 이색성 염료외에, 형광 염료, 자외선-흡수 염료 등을 액정 재료에 사용할 수 있다. 바람직하게는, 강유전성 액정 재료에 요구되는 열안정성을 고려하여 이색성 염료를 0.1 내지 10중량%의 양으로 사용한다. 액정 재료중 이색성 염료는 편광 소자로서 작용하며, 단 하나의 편광자(예컨대, 편광판 등)면 충분하다. 이는 광의 사용 효율을 개선시킨다. 이 경우, 편광자의 축이 배열 필름이 배열된 방향과 수직이 되도록 편광자를 두 기판중 하나의 바깥쪽에 위치시키는 것이 바람직하다. 이로써 가능한 최대 콘트라스트를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 반강유전성 액정 재료는 넓은 온도범위에서 경사각(45°)을 갖지 않는데, 이는 이 액정 재료가 실리콘 골격을 함유하기 때문이다. 따라서, 이는 대칭 작동시 양호하게 작동할 수 있다. 대칭 작동시, 양 극성의 신호 전압을 상기 물질에 인가함으로써 이온성 불순물이 국지적으로 존재하지 않도록 하고 "연소"로 알려진 표시 파손을 방지한다.
본 발명의 반강유전성 액정 재료를 사용하는 표시 소자에서는, 편광판의 편광자 축이 반강유전성 액정 층에 수직인 방향에 각각 평행 및 직교하도록 두개의 편광판을 각각 두개의 기판 바깥쪽에 배열시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가능한 최대 콘트라스트를 수득할 수 있다.
본 발명의 액정 재료는 중합체 분산형 액정을 사용함으로써 내충격성이 탁월한 액정 표시 장치를 실현시킬 수 있다. 이 경우, 중합체 매트릭스는 내충격성을 개선시키는데 기여한다. 강유전성 액정 재료(또는 반강유전성 액정 재료)를 경화 전의 중합체 물질내에 분산시키고, 이 액정 재료를 한쌍의 기판 사이에 삽입하고, 중합체 물질에 전단 응력을 가함으로써 액정 분자를 기판과 거의 평행하게 배열시키는 동시에 중합체 물질을 경화시키는 절차에 의해 이 액정 표시 장치를 제조한다. 이 액정 표시 장치는 강유전성 액정 재료의 장점인 고속 반응, 넓은 가시각, 하프-톤(half-tone) 표시능 및 메모리 기능을 유지하면서 내충격성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 액정 재료를 중합체 분산형 액정 재료로서 사용하는 경우, 한쌍의 편광판을 한쌍의 기판 바깥쪽에 위치시키고, 하나의 편광판의 편광자 축을 중합체 분산형 액정의 배열 방향과 평행하게 만들고, 다른 편광판의 편광자 축을 중합체 분산형 액정의 배열 방향과 수직으로 만드는 것이 바람직하다. 이로써 가능한 최대 콘트라스트가 수득될 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 단순 매트릭스-작동 방식뿐만 아니라 활성 매트릭스-작동 방식에도 적용될 수 있다. 반강유전성 액정 재료를 사용하는 활성 매트릭스-작동 방식으로 작동되는 경우, 매우 작은 히스테레시스도 가지지 않고 낮은 역가 전압을 갖는 반강유전성 액정이 바람직하다. 반강유전성 액정 재료가 히스테레시스를 나타내지 않고 낮은 역가 전압을 갖는다면, 본 발명에 따른 반강유전성 액정 재료 또는 강유전성 액정 재료를 함께 사용할 수 있다.
이어, 본 발명의 효과를 명확하게 나타내기 위하여 이루어진 본 발명의 태양이 하기에 기재된다.
실시예 1
먼저, 스퍼터링 방법을 이용하여 두께가 1000Å인 ITO 필름(투명 전극 필름)을 유리 기판의 표면상에 형성시켰다. 이어, 폴리이미드 옵토머(Polyimide Optomer) AL 1051[저팬 신테틱 러버 캄파니, 리미티드(Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) 제품]을 희석제 ACT608(저팬 신테틱 러버 캄파니, 리미티드 제품)로 희석시켜 수득한 1/2 용액을 스핀 코터에 의해 ITO 필름상에 도포하였다. 이 유리 기판을 오븐에 넣고 180℃에서 30분동안 가열/건조 처리하여, ITO 필름상에 두께가 700Å인 폴리이미드 필름(배열 필름)을 형성시켰다.
면직물이 장착된 스테인레스 강 롤러(직경 15cm)를 사용하여 통상적인 조건하에서 폴리이미드 필름을 마찰 처리하였다. 이러한 방식으로, 투명 전극 필름 및 배열 필름을 갖는 2개의 유리 기판을 제조하였다.
입경 2μm의 실리카 스페이서인 신시큐(Shinsikyu) SW[쇼쿠바이 가가쿠 캄파니, 리미티드(Shokubai Kagaku Co., Ltd.) 제품]를 상기와 같이 제조한 유리 기판중 하나의 폴리이미드 필름 표면 전체에 발랐다. 이어, 폴리이미드 필름이 서로 마주 보도록 2개의 유리 기판을 배열하고, 에폭시 접착제를 사용하여 2개의 유리 기판을 적층시켰다.
이어, 하기 화학식(3)의 액정 재료(반강유전성 액정)를 2개의 유리 기판 사이에 붓고, 한쌍의 편광판을 2개의 유리 기판 바깥쪽에 추가로 배치시켜 단순 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 소자를 제조하였다:
Figure pat00005
하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 수직이었다.
도 1에 도시된 신호 전압을 제조된 액정 표시 소자의 투명 전극 필름에 인가하고, 액정 표시 소자의 표시 성능, 즉 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 장치가 하프톤을 표시할 수 있는지도 조사하였다. 조도계 BM-7[탑콘 캄파니(Topcon Co.) 제품]을 사용하여, 액정 표시 소자에 전압을 인가할 때와 인가하지 않을 때의 기판 표면의 조도를 측정한 후, 그 비를 계산함으로써 콘트라스트비를 결정하였다. 또한, 액정 표시 장치를 모든 방향으로 회전시키고 콘트라스트비가 30:1이 될 때 기판 표면의 수직방향으로부터의 기울기를 측정함으로써 가시각을 결정하였다. 또한, 인가된 전압과 조도 사이의 관계를 확인함으로써 하프톤 표시를 조사하였다.
그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다. 또한, 하프톤을 표시할 수 있었다.
실시예 2
화학식(3)의 화합물 대신 화학식(3)의 화합물 40중량%, 하기 화학식(4)의 화합물 40중량% 및 하기 화학식(5)의 화합물 20중량%의 혼합물을 액정물질로서 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 단순 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 소자를 제조하였다:
Figure pat00006
Figure pat00007
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 생성된 액정 표시 소자의 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 소자가 하프톤을 표시할 수 있는지를 조사하였다. 그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60°이상이었다. 또한, 하프톤을 표시할 수 있었다.
실시예 3
먼저, 240 × 640의 화소 및 각 화소에 상응하는 활성 소자(박막 트랜지스터, TFT)를 유리 기판의 표면상에 형성시켰다. 폴리이미드 옵토머 AL1051을 희석제인 ACT608로 희석시킴으로써 수득한 1/2 용액을 스핀 코터에 의해 화소 및 TFT상에 도포하였다. 이 유리 기판을 오븐에 넣고 180℃에서 30분동안 가열/건조 처리하여, ITO 필름상에 두께 700Å의 폴리이미드 필름(배열 필름)을 형성시켰다.
이어, 면직물이 장착된 스테인레스 강 롤러(직경 15cm)를 사용하여 통상적인 조건하에서 폴리이미드 필름을 마찰 처리하였다. 이러한 방식으로 화소, TFT 및 배열 필름을 갖는 TFT 기판을 제조하였다.
이어, TFT 기판의 화소에 상응하는 RGB 색 필터를 유리 기판상에 형성시키고, 이를 평탄화 처리하였다. 스퍼터링 방법을 이용하여 그위에 두께 1000Å의 ITO 필름(투명 전극 필름)을 형성시키고, 두께 700Å의 폴리이미드 필름(배열 필름)을 ITO 필름상에 형성시켰다. 뿐만 아니라, 전술한 바와 동일한 방식에 따라 통상적인 조건하에 폴리이미드 필름을 마찰 처리하여 색 필터 및 배열 필름을 갖는 짝(counter) 기판을 제조하였다.
입경 2μm의 실리카 스페이서인 신시큐 SW를 전술한 바와 같이 제조한 짝 기판의 폴리이미드 필름 표면 전체에 발랐다. 이어, 폴리이미드 필름이 서로 마주 보도록 두 유리 기판을 배열하고, 에폭시 접착제를 사용하여 두 유리 기판을 적층시켰다.
이어, 화학식(3)의 액정 재료(강유전성 액정)를 유리 기판 사이에 붓고, 한쌍의 편광판을 두 유리 기판의 바깥쪽에 배치하여 활성 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 소자를 제조하였다. 하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 수직이었다.
생성된 액정 표시 소자를 60Hz(1프레임, 16ms) 및 기록시간 60μs의 조건하에 작동시켰다. 이때, 액정 표시 소자의 표시 성능, 즉 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 소자가 하프톤을 표시할 수 있는지를 조사하였다. 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라 콘트라스트비 및 가시각을 결정하였다. 또한, 비디오-속도 영상을 표시함으로써 하프톤 표시능을 증명한다.
그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다. 또한, 하프톤을 표시할 수 있었다.
실시예 4
화학식(3)의 화합물 대신 화학식(3)의 화합물 40중량%, 화학식(4)의 화합물 40중량% 및 화학식(5)의 화합물 20중량%의 혼합물을 액정물질로서 사용한 것을 제외하고는 실시예 3에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 활성 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 소자를 제조하였다.
실시예 3에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 생성된 액정 표시 소자의 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 소자가 하프톤을 표시할 수 있는지를 조사하였다. 그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다. 또한, 하프톤을 표시할 수 있었다.
실시예 5
먼저, 스퍼터링 방법을 이용하여 유리 기판의 표면상에 두께 1000Å의 ITO 필름(투명 전극 필름)을 형성시켰다. 이어, 폴리이미드 옵토머 AL1051을 희석제인 ACT608로 희석시킴으로써 수득한 1/2 용액을 스핀 코터에 의해 화소 및 TFT 상에 도포하였다. 이 유리 기판을 오븐에 넣고 180℃에서 30분동안 가열/건조 처리하여, ITO 필름상에 두께 700Å의 폴리이미드 필름(배열 필름)을 형성시켰다.
이어, 면직물이 장착된 스테인레스 강 롤러(직경 15cm)를 사용하여 통상적인 조건하에서 폴리이미드 필름을 마찰 처리하였다. 이러한 방식으로, 투명 전극 필름 및 배열 필름을 갖는 두 유리 기판을 제조하였다.
입경 2μm의 실리카 스페이서인 신시큐 SW(쇼쿠바이 가가쿠 캄파니, 리미티드 제품)를 전술한 바와 같이 제조한 하나의 유리 기판의 폴리이미드 필름 표면 전체에 발랐다. 이어, 폴리이미드 필름이 서로 마주보도록 두 유리 기판을 배열하고, 에폭시 접착제를 사용하여 두 유리 기판을 적층시켰다.
이어, 하기 화학식(6)의 액정 재료(강유전성 액정) 96중량%와 담자색 염료 4중량%의 혼합물을 두 유리 기판 사이에 붓고, 편광판을 하나의 유리 기판의 바깥쪽에 배치하여 게스트-호스트 액정 표시 소자를 제조하였다:
Figure pat00008
편광판의 편광자 축은 마찰 처리 방향에 수직이었다.
도 2에 도시된 신호 전압을 생성된 액정 표시 소자의 투명 전극 필름에 인가하였다. 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 액정 표시 소자의 표시 성능, 즉 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다.
그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다.
실시예 6
화학식(6)의 화합물 대신 하기 화학식(7)의 화합물 35중량%, 화학식(6)의 화합물 30중량%, 하기 화학식(8)의 화합물 30중량% 및 담자색 염료 5중량%의 혼합물을 액정 재료로서 사용한 것을 제외하고는 실시예 5에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 게스트-호스트 액정 표시 소자를 제조하였다:
Figure pat00009
Figure pat00010
실시예 5에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 생성된 액정 표시 소자의 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다.
실시예 7
화학식(6)의 화합물 40중량%를 접착제 NOA65[놀랜드 옵티칼 캄파니(Norland Optical Co.) 제품] 60중량%와 혼합함으로써 액정 혼합물을 제조한 후, 액정의 등방성 액체로의 전이온도(약 52℃)에서 하룻밤동안 보존하였다.
이어, 스퍼터링 방법을 이용하여 두께 1000Å의 ITO 필름(투명 전극 필름)을 두 유리 기판의 표면상에 각각 형성시켰다. 이어, 입경 20μm의 스페이서를 하나의 유리 기판의 ITO 필름 표면 전체에 바르고, ITO 필름이 서로 마주 보도록 두 유리 기판을 배열한 후, 두 유리 기판의 상대적인 위치가 변화될 수 있도록 고정시켰다.
이어, 액정 혼합물을 이렇게 제조한 셀내에 붓고 자외선을 조사하였다. 동시에, 유리 기판을 특정 방향으로 옮기고 액정 혼합물에 전단 응력을 가하여 액정을 배열시켰다. 또한, 한쌍의 편광판을 두 유리 기판의 바깥쪽에 배치시킴으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 중합체(3)에 액정 소적(4)을 분산시켜 수득한 액정 층이 ITO 필름(2)을 갖는 유리 기판(1) 사이에 삽입된 중합체 분산형 강유전성 액정 표시 소자를 제조하였다. 하나의 편광판의 편광자 축은 가해진 전단 응력 방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축은 가해진 전단 응력에 수직이었다.
도 1에 도시된 신호 전압을 제조된 액정 표시 소자의 투명 전극 필름상에 인가하였다. 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 액정 표시 소자의 표시 성능, 즉 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 소자의 내충격성을 조사하였다. 유리 기판의 한 지점에 500g의 하중을 가한 상태에서 표시의 결함을 확인함으로써 내충격성을 평가하였다.
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라, 제조된 액정 표시 소자의 콘트라스트비 및 가시각을 평가하였다. 그 결과, 콘트라스트비는 100:1이었고, 가시각은 60° 이상이었다. 내충격성에 대해서는, 표시 결함이 확인되지 않았다.
본 발명의 반강유전성 액정 재료중 일부(예컨대 화학식(3)의 화합물)는 통상적인 반강유전성 액정 재료에서 보이는 히스테레시스를 나타내지 않고, 약 0볼트 이상의 인가된 전압에 따라 전기광학 반응이 일정한 비율로 상승되는 현상을 보인다. 이러한 현상을 나타내는 반강유전성 액정 재료를 사용하는 액정 표시 장치는 낮은 전압에 의해 작동될 수 있으며, 상승 구배를 사용함으로써 하프톤을 용이하게 표시할 수 있다. 그러므로, 이러한 액정 표시 장치는 활성 매트릭스 구동에 특히 적합하다. 이러한 특징을 명확히 나타내기 위하여 하기에 기재된 바와 같이 평가하였다.
실시예 8
실시예 1에 기재된 바와 동일한 방식에 따라 단순 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 장치를 제조하였다. 이 반강유전성 액정 표시 장치를 접안렌즈상에 장착된 광검출기를 갖는 현미경의 대에 놓고, 그의 전기 광학 반응(가해진 전압 대 광학 투명성)을 관찰하였다. 구체적으로는, -10 내지 10볼트의 1Hz 삼각파 전압을 반강유전성 액정 표시 장치의 기판사이에 인가함에 따른 전기광학 반응을 관찰하였다.
그 결과, 통상적인 반강유전성 액정 표시 장치에서 보이는 것과 같은 히스테레시스 현상이 관찰되지 않았으며, 낮은 전압 범위에서 일정한 구배를 갖는 반응을 나타내는 V-형 반응 특징이 관찰되었다. 10%의 투명성 변화에 상응하는 인가된 전압은 0.96볼트였으며, 90%의 투명성 변화에 상응하는 인가된 전압은 3.1볼트여서, 이 표시 장치가 통상적인 반강유전성 액정 표시 장치보다 낮은 전압에 의해 작동될 수 있음이 증명되었다.
실시예 9
실시예 3에 기재된 것과 동일한 방식에 따라 셀을 제조하였으며, 실시예 8에 사용된 등방성-액체 상태의 액정 재료를 셀에 도입한 다음, 셀을 서서히 상온으로 냉각시켰다. 한쌍의 편광판을 셀의 바깥쪽에 배치함으로써 활성 매트릭스-구동 반강유전성 액정 표시 장치를 제조하였다. 여기에서, 편광판의 편광자 축은 실시예 3에 기재된 것과 동일한 방향으로 설정되었다. 이러한 방식으로, 활성 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 장치를 제조하였다.
60μs의 기록 시간 및 60Hz(1프레임 기간중 16ms)의 기록 신호에 의해, 생성된 반강유전성 액정 표시 장치를 작동시켰다. 이 경우 표시 장치의 표시 성능, 즉 콘트라스트비 및 가시각을 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식에 따라 평가하였다. 또한, 이 액정 표시 장치가 하프톤을 표시할 수 있는지를 조사하였다. 하프톤 표시는 비디오-속도 영상을 표시하며, 이로써 하프톤 표시능이 증명된다.
그 결과, 콘트라스트비는 110:1이었고, 가시각은 60°이상이었다. 또한, 이 액정 표시 장치는 아날로그 톤의 동적 영상을 표시함으로써 하프톤을 표시할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 비디오-속도 영상을 표시할 때 가시각이 좁아지는 현상은 관찰되지 않았다. 뿐만 아니라, 이 액정 표시 장치는 5볼트의 최대 신호 전압만으로도 전술한 특징을 달성할 수 있는 반면, 실시예 3은 20볼트의 최대 신호 전압을 필요로 하였다.
실시예 10
소정의 금속 마스크를 통한 스퍼터링 방법에 의해 6개의 유리 기판 각각에 대해 두께 1000Å 및 폭 1cm의 밴드형 ITO 전극을 형성시켰다. 이어, 폴리이미드 옵토머 AL 1051(저팬 신테틱 러버 캄파니, 리미티드 제품)을 희석제 ACT608(저팬 신테틱 러버 캄파니, 리미티드 제품)로 희석시켜 수득한 용액을 스핀 코터에 의해 ITO 전극상에 도포하였다. 생성된 유리 기판을 오븐에 넣고 180℃에서 30분동안 가열/건조 처리하여, 두께 700Å의 폴리이미드 필름(배열 필름)을 ITO 전극상에 형성시켰다.
이어, 면직물이 장착된 직경 15cm의 스테인레스 강 롤러를 사용하여 통상적인 조건하에서 폴리이미드 필름을 마찰 처리하였다. 이러한 방식으로, 각각 표면상에 투명 전극 및 배열 필름이 형성된 6개의 유리 기판을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 6개의 유리 기판으로부터 선택된 3개의 유리 기판 각각의 표면 전체에, 입경 2μm의 실리카 스페이서, 즉 신시큐 SW(쇼쿠바이 가가쿠 캄파니, 리미티드 제품)를 발랐다. 이어, 실리카 스페이서가 발라진 유리 기판중 하나를 실리카 분말이 발라지지 않은 유리 기판중 하나에 폴리이미드 필름이 서로 마주 보도록 중첩시킨 다음, 이들 두 유리 기판을 에폭시 접착제로 결합시켰다. 이러한 방식으로, 각각 1cm의 폭을 갖는 상하 전극 사이에 삽입된 다수의 영역을 갖는 3개의 액정 셀을 제조하였다.
하기 나타낸 액정 조성물(1) 내지 (3)을 이들 액정 셀에 도입하였다:
(1) 하기 화학식(9)의 화합물 13중량% 및 하기 화학식(10)의 화합물 87중량%로 이루어진 조성물:
Figure pat00011
Figure pat00012
(2) 화학식(9)의 화합물 28중량% 및 화학식(10)의 화합물 72중량%로 이루어진 조성물.
(3) 화학식(9)의 화합물 75중량% 및 화학식(10)의 화합물 25중량%로 이루어진 조성물.
이어, 한쌍의 편광판을 두 유리 기판의 바깥쪽에 배치하여 단순 매트릭스-작동 반강유전성 액정 표시 소자를 수득하였다. 하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축은 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 수직이었다.
상기 액정 조성물 및 액정 재료 모두는 반강유전성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
포화 전압 Vsat를 측정하기 위하여, 1Hz의 주파수 및 ± 15볼트의 진폭을 갖는 삼각파 전압을 이렇게 제조한 액정 소자의 하나의 전극 부분을 가로질러 인가하였다. 도 4에는 그 결과가 도시되어 있다. 도 4로부터 볼 수 있는 바와 같이, 포화 전압 Vsat는 액정 조성물이 화학식(9)의 화합물을 40중량% 이하로 함유할 때 5볼트 이하여서, 상기 소자를 낮은 작동 전압으로 작동시킬 수 있었다.
실시예 11
실시예 10에서 제조한 액정 조성물(1)을 사용하는 TFT 액정 소자 및 화학식(9)의 액정 화합물만을 사용하는 다른 하나의 TFT 액정 소자를 각각 실시예 3에서와 같이 5볼트에서 작동시켰다. 조성물(1)을 사용하는 TFT 액정 소자는 70:1의 콘트라스트를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 반면, 화학식(9)의 액정 화합물을 사용하는 TFT 액정 소자는 10:1의 콘트라스트를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 명백하게도, 상이한 두 액정 화합물의 조성물(1)을 사용하는 TFT 액정 소자가 현저히 높은 콘트라스트를 나타낸다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명은 이색성 스위칭 작동이 가능한 강유전성 액정 재료 및 대칭 작동에 적합한 반강유전성 액정 재료를 제공할 수 있으며, 이들 액정 재료를 사용함으로써 높은 콘트라스트비 및 넓은 가시각을 갖는 액정 표시 장치를 실현시킬 수 있다.
추가의 잇점 및 변형은 당해 기술분야의 숙련자라면 용이하게 유추할 수 있을 것이다. 그러므로, 보다 넓은 양상의 본 발명은 본원에 도시 및 기재된 특정 세부사항 및 대표적인 태양으로 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 및 이들의 등가물에 의해 정의되는 일반적인 발명 개념의 원리 또는 범위에서 벗어나지 않으면서 다양하게 변화시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 강유전성 액정 화합물 및 1 내지 40중량%의 하기 화학식(1)의 실록산 액정 화합물을 포함하는 액정 재료:
    화학식 1
    Figure pat00013
    상기 식에서,
    m은 0 내지 20의 정수이고;
    n은 0 내지 8의 정수이고;
    p는 0 또는 1이며;
    q는 0 내지 2의 정수이고;
    R은 메틸기, 에틸기 및 프로필기로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기, 또는 하기 화학식 (2)의 유기 잔기이며;
    R*은 광학 활성 중심을 갖는 알킬기이고;
    X는 할로겐이다.
    화학식 2
    Figure pat00014
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 액정 화합물이 반강유전성 액정인 액정 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 액정이 강유전성 액정인 액정 재료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 액정 화합물이 1 내지 20중량%의 양으로 함유되는 액정 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    R이 상기 화학식(2)의 유기 잔기인 액정 재료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정 화합물이 하기 화학식(1)으로 표시되는 액정 재료:
    화학식 1
    Figure pat00015
    상기 식에서,
    m은 0 내지 20의 정수이고;
    n은 0 내지 8의 정수이고;
    p는 0 또는 1이고;
    q는 0 내지 2의 정수이고;
    R은 메틸기, 에틸기 및 프로필기로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기이고;
    R*은 광학 활성 중심을 갖는 알킬기이고;
    X는 할로겐이다.
  7. 전극 필름을 갖는 한쌍의 기판 및 전극 필름이 서로 마주 보도록 배치된 한쌍의 기판 사이에 삽입된 액정 층을 포함하며, 이때 상기 액정 층이 강유전성 액정 화합물 및 1 내지 40중량%의 하기 화학식(1)의 실록산 액정 화합물을 함유하는, 액정 표시 소자:
    화학식 1
    Figure pat00016
    상기 식에서,
    m은 0 내지 20의 정수이고;
    n은 0 내지 8의 정수이고;
    p는 0 또는 1이고;
    q는 0 내지 2의 정수이고;
    R은 메틸기, 에틸기 및 프로필기로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기, 또는 하기 화학식(2)의 유기 잔기이고;
    R*은 광학 활성 중심을 갖는 알킬기이고;
    X는 할로겐이다.
    화학식 2
    Figure pat00017
  8. 제 7 항에 있어서,
    실록산 액정 화합물이 반강유전성 액정인 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    한쌍의 편광판이 한쌍의 기판의 바깥쪽에 배치되고, 하나의 편광판의 편광자 축이 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축이 반강유전성 액정 층의 수직 방향에 수직인 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    단순 매트릭스 작동성인 소자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    활성 매트릭스 작동성인 소자.
  12. 제 8 항에 있어서,
    배열 필름이 전극 필름상에 형성된 소자.
  13. 제 7 항에 있어서,
    액정 재료가 강유전성 액정 및 염료(들)를 함유하는 게스트-호스트 액정인 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    배열 필름이 전극 필름상에 형성되고, 편광판이 한쌍의 기판중 하나의 기판의 바깥쪽에 배치된 소자.
  15. 제 7 항에 있어서,
    액정 재료가 강유전성 액정을 중합체에 분산시킴으로써 수득한 중합체 분산형 액정인 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중합체 분산형 액정이 염료(들)를 함유하는 소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    중합체 분산형 액정이 배열된 소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    한쌍의 편광판이 한쌍의 기판의 바깥쪽에 배치되고, 하나의 편광판의 편광자 축이 중합체 분산형 액정의 배열방향에 평행한 반면, 다른 하나의 편광판의 편광자 축이 중합체 분산형 액정의 배열 방향에 수직인 소자.
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