KR100310664B1 - 액정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 쌍의 기판 사이에 위치하는 액정 물질이 다음 일반식에 의해 특징지워지는 실록산 함유 화합물인 액정 장치에 관한 것이다.
상기식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹이거나 그룹
R'는 각각 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이며,
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 또는 할로겐 치환된 알킬 그룹이며,
Y는 불소원자이고,
m은 0, 1 또는 2의 값이며,
n은 10, 11 또는 12의 값이다.

Description

액정 장치
도 1은 작동시 스멕틱성 또는 강유전성 액정물질의 사용에 의존하는 장치의 횡단면을 도식화한 도면이다.
도 2는 연속 사각파 적용장에 대해 경사각을 온도 함수로 나타낸 것이다.
본 발명은 액정 올리고머성 실록산 물질을 함유하는 장치에 관한 것이다.
실록산 주쇄와 메소겐(mesogen) 부분으로 이루어진 중합체성 액정은 공지되어 있으며, 예를 들면, 유럽 특허 제029,162호에는, 규소 결합 수소원자를 갖고 있는 폴리실록산을 비닐 치환된 메소겐 분자에 첨가하여 이러한 중합체를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 보다 최근에는, 강유전성을 갖는 키랄 스메틱성 액정 물질이 밝혀졌고, 예를 들면, 일본 특허 제01144491호에는, Me3Si(OSiMe2)m(CH2)nO(p-C6H4)2 -p-C6H4OR[여기서, Me는 메틸이고, R은 광학 활성 알킬 또는 아르알킬 그룹이며, m은 0 내지 5이고, n은 2 내지 10이다]을 함유하는 물질이 기재되어 있다.
강유전성 액정의 바람직한 특성은 점도가 낮고 경사각이 비교적 크며 또한 실질적으로 온도의 영향을 받지 않는다는 점이다. 점도가 낮으면 반응시간이 짧아지고 염료를 액정 물질에 혼입시키기가 용이해진다. 경사각이 크면 액정의 전기 광학적 특성이 우수해진다. 복굴절 효과를 원리로 삼는 장치에서 경사각은 일반적으로 22.5 °이지만, 염료를 혼입시킨 장치는 우수한 광학 콘트라스트를 얻기 위해 이보다 큰 각도를 필요로 한다. 일본 특허 제01144491호에 기재된 유형의 액정 물질의 경사각을 측정한 결과, 중합체간에 변형이 발생할 뿐만 아니라 온도 증가에 따라 경사각이 감소되는 것으로 밝혀졌다.
현재, 본 발명자들은, 올리고머 액정 물질중에서 극히 한정된 특정 그룹들이 비교적 경사각이 큰 순수 화합물 또는 혼합물로서 존재하며, 이러한 경사각들은 주변온도를 포함하는 광범위한 온도 범위에서 실질적으로 온도와 무관하다는 놀라운 사실을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 액정 물질이 다음 일반식의 실록산 함유 화합물인 액정 장치를 제공한다.
위의 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹이거나, 그룹
R'는 각각 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이며,
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 할로겐 치환된 알킬 그룹이며,
Y는 불소 원자이고,
m은 0, 1 또는 2의 값이며,
n은 10, 11 또는 12의 값이다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 물질의 일반식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹(예: 메틸 프로필, 헥실 또는 데실)이고, R'는 각각 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이다. 바람직하게는, R'는 메틸이다. 그룹 X는, 예를 들면, -CH(CH3)-C2H5, -CHClCH(CH3)C2H5또는 -CHClCH(CH3)CH3이다. 바람직한 화합물은, n이 11의 값인 화합물이다. 이러한 바람직한 화합물들은 신규한 것으로 사료되며 그 자체가 본 발명의 범위내에 포함된다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 물질은 다음 일반식의 적합한 불포화 메소겐을 디실록산 RR'2SiOSi(R')2H에 첨가하여 제조할 수 있다.
첨가는, 예를 들면, 백금 촉매의 존재하에 통상적인 하이드로실릴화법을 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따르는 장치는 이를 작동시키기 위한 스멕틱성 또는 강유전성 액정 물질의 사용에 의존하는 임의의 형태일 수 있다. 이러한 장치의 예는 횡단면이 도식화되어 있는 첨부된 도 1에 도시되어 있다. 실록산 함유 결정 물질(17)은 유리 또는 적합한 중합체로 구성될 수 있는 한 쌍의 기판(10) 사이에 위치한다. 내부 표면은 인듐 주석-산화물로 이루어진 투명한 전도성 필름(12, 13)과 정렬화제(aliging agent)(14, 15)로 피복되어 있다. 이러한 표면 정렬화제는 당해 기술분야의 숙련가들에게 공지되어 있다. 스페이서(16)는 필름 두께가 1 내지 100㎛이며, 이들은 중합체성 필름, 포토에칭된 비이드(photo-etched bead) 또는 유리 섬유 비이드일 수 있다. 전도성 필름은 기판의 내부 표면을 전부 피복시키거나, 적합한 패턴(예: 점 행렬 또는 7분절 디스플레이)으로 에칭시킬 수 있다. 이어서, 필름 영역은 필요에 따라 정보를 디스플레이하기 위해 전기장에 의해 어드레싱될 수 있다. 이러한 전기장은 적합한 파장 형태를 사용하는 전극에 대해 외부적으로 적용되거나 박막 트랜지스터 장치를 사용하여 내부적으로 적용될 수 있다. 균일 자기장 또는 적합하게 초점이 맞춰진 광원(레이저 포함)을 사용하는 열적 어드레싱을 장치의 외관을 바꾸는 데 사용할 수 있다. 적합한 광학물 및 빔 조절 시스템을 사용하여 정보가 기록된 필름의 상이한 영역 부근으로 초점을 이동시킨다. 필요하다면, 편광 필름(19, 20)을 혼입시켜 정보를 관찰한다.
액정 물질의 키랄 스멕틱성 구조가 본 발명에서 사용되며, 이를 혼입시킨 비라세미성 혼합물은 강유전성을 나타낸다. 이들 물질이 도 1에 도시되어 있는 형태의 장치 속에 포함되는 경우, 전기 광학적 스윗칭 시간은 10-6초(㎲) 내지 10-3초(ms) 정도로 빨라질 수 있다. 이러한 상에서는, 라멜라 층을 기판 위에 수직으로 정렬시킴으로써, 외부 장의 적용물에 대해, 분자가 문헌에 기재된 바와 같이 + θ에서의 경사각으로부터 - θ에서의 경사각으로 전환된다. 분자가 평균적으로 기판에 대해 평행하게 정렬하는 초기장 자유 판형 정렬 상태는 중합체 정렬층을 사용하여 성취할 수 있다. 편광자는 서로 교차배열하는 것이 아니라, + θ 또는 - θ에 대해 평행하게 정렬하는 편광자의 평광 방향으로 정렬한다. 당해 장(field)의 적용물에 대해, 물질은 반대편 θ상태로 전환하고, 장치는 실록산 함유 액정 물질의 복굴절성으로 인해 빛을 전달한다. 전기장을 제거해도 정렬 상태는 유지된다.
키랄 또는 비키랄 다색 염료를 액정 물질에 혼입시킬 수 있으며, 이로써 단지 1개의 편광자만 사용해도 된다. 염료는 + θ 또는 - θ에서 액정 분자로서 동일한 방향으로 배열한다. 따라서, 한 배열 상태, 즉 + θ에서 염료는 편광을 흡수하는 반면, 다른 배열 상태, 즉 - θ에서는 흡수 정도가 크게 감소한다. 따라서, 염색된 키랄 스멕틱성 물질이 색 전환시 사용될 수 있다.
추가의 태양에서, 2개의 염색된 장치를 조합하여 사용함으로써, 외부의 편광자를 필요로 하지 않고 색 전환시킬 수 있다. 실제로 모든 색의 조합이 가능하며, 염색된 장치는 전환가능한 편광자로서 작용한다. 전환된 상은 안정하다.
또 다른 추가의 양태에서, 염료는 흡습성일 수 있고, 한 개의 편광자를 이용하거나 편광자없이 밝은 디스플레이로 유도하는 형광성일 수 있다. 흡수 방향에 대하여 평행하게 배열하는 편광 방향에 대해, 즉 + θ에서 형광성은 밝지만, 편광 방향에 대하여 평행이 아닌 방향으로 흡수하는 경우, 흡수가 감소됨에 따라 형광성도 감소된다. 이는 빠르고 밝은 광학적 색 전환을 가능하게 하고, 전환된 상태는 안정하다. 입력 편광자는 위에서 기술한 형태의 전환 가능한 평광자에 의해 동등하게 대체될 수 있다.
키랄 스멕틱성 A에서 키랄 스멕틱성 C로의 상 전환과 유사하게, 본 발명에 따라 사용되는 액정 물질은 일렉트로클리닉(electroclinic)으로 공지된 방식으로 전환되는 것으로 관찰된다. 이러한 방식에서, 경사각은 속성 조절장치 또는 그레이 스케일(grey scale) 장치에서 사용될 수 있는 적용장에 비례하여 유도된다. 이러한 일렉트로클리닉 전환방식은 적용장에 따라 신속하지만, 쌍 안정성을 나타내지는 않는다. 이러한 효과는 이색성 또는 형광성 염료를 사용하여 증진시킬 수 있다.
다음 화합물
은, 클로로플라틴산과 디비닐테트라메틸디실록산 사이에 형성된 착물 촉매의 존재하에 펜타메틸디실록산을 4-[(s)-2-메틸부타노일옥시]페닐-4'-(9-데세닐옥시)벤조에이트에 첨가하여 키랄(C＊) 형태로 제조한다.
전기 광학적 특성, 경사각(θ), 자발분극(Ps) 및 반응시간(T)은 인듐-주석 산화물 전극(5mm ×5mm) 위에 위치하는 연마된 폴리이미드 정렬층을 갖는 3㎛ 스페이서가 있는 셀에서 측정한다. 셀을 100Hz에서 5V㎛-1AC 장의 존재하에 1℃/min의 속도로 냉각시켜 평면이 우수한, 균일하게 정렬된 액정 화합물을 수득한다. 정렬한 셀은 역 분극이 적용되는 DC 장의 존재하에서 광학적 전환특성이 우수하다.
경사각은 0.1Hz와 632.8mm의 프로빙 파장에서 10V㎛-1의 연속 사각파 적용장에 대한 온도 함수로서 측정한다. 결과를 도 2에 도시하였는데, 이로부터 경사각이 실질적으로 온도와 무관하게 약 36 °의 값임을 알 수 있다.
자발분극은 피크 장(peak field)이 10V㎛-1인 적용된 삼각파를 사용하여 전류펄스 기술을 통해 측정한다. 25℃에서 Ps 값은 17nCcm-2이다.
20℃에서 10V㎛-1에 대한 사각파 반응시간은 약 210㎲이다.

Claims (6)

  1. 액정 물질이 다음 일반식을 특징으로 하는 실록산 함유 화합물인 액정 장치.
    상기식에서,
    R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹이거나, 그룹
    R'는 각각 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이며,
    X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 할로겐 치환된 알킬 그룹이며,
    Y는 불소원자이고,
    m은 0, 1 또는 2의 값이며,
    n은 10, 11 또는 12의 값이다.
  2. 제1항에 있어서, R'가 각각 메틸인 장치.
  3. 제1항에 있어서, R이 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹인 장치.
  4. 제2항에 있어서, R이 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹인 장치.
  5. 제1항에 있어서, 액정 물질이 기판 사이에 위치하는 한 쌍의 기판을 포함하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, n이 11인 장치.
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