KR100372194B1

KR100372194B1 - 강유전성액정장치의전압-응답시간특성에서최소를유도하는방법

Info

Publication number: KR100372194B1
Application number: KR1019960703104A
Authority: KR
Inventors: 찰즈 세이지 아이언; 제러드 맥도넬 데미엔; 클리포드 존스 존; 슬래니 앤드류
Original assignee: 키네티큐 리미티드
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 2003-04-10
Also published as: GB9612212D0; EP0734428A1; CA2179038A1; GB2299095B; GB9325438D0; US6251301B1; KR960706544A; US5820786A; GB2299095A; CN1101445C; WO1995016760A1; CN1142843A; JPH09506652A

Abstract

본 발명은 성분(A) 및 (B)를 포함하는 액정 혼합물을 함유하는 강유전성 액정 장치에 관한 것이다. 성분(A)는 물질에 자발 분극을 부여할 수 있는 하나 이상의 광학 활성 성분으로 이루어진다. 성분(B)는 하나 이상의 일반식(I)의 화합물로서 선택된다.

상기식에서,

a, b 및 c는 독립적으로 0, 1 및 2이고,

R₁및 R₂는 C_1-15, 바람직하게는 C₃-C₁₂직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콕시이다.

상기 (B)에 대한 일반식에서, CH=CH 결합 그룹은 C₂H₄에 의해 대체될 수 있고 CH₂O 결합 그룹은 OCH₂에 의해 대체될 수 있다.

Description

강유전성 액정 장치의 전압-응답시간 특성에서 최소를 유도하는 방법

본 발명은 강유전성 액정 장치 및 강유전성 액정 혼합물에 관한 것이다.

액정 장치는 통상적으로 2개의 유리 슬라이드 사이에 삽입된 액정 물질의 박층을 포함한다. 광학적으로 투명한 전극은 양 슬라이드의 내면에 형성된다 전압을 상기 전극에 인가하면, 생성된 전기장이 액정 분자의 분자 배열을 변화시킨다. 분자 배열의 변화는 쉽게 관찰되고 많은 종류의 액정 장치에 대한 기본을 형성한다.

강유전성 액정 장치에 있어서, 분자는 적용된 전기장의 극성에 따라 상이한 배열 방향 사이에서 스위칭된다. 이러한 장치는 분자가 다른 스위칭된 상태로 스위칭될 때까지 두 상태중의 하나로 잔류하는 경향이 있는 쌍안정성을 종종 나타낸다. 이는 매우 크고 복잡한 장치의 다중 어드레싱(multiplex addressing)을 가능하게 한다.

하나의 통상적인 다중 디스플레이는 디스플레이 소자, 예를 들면, α 수치 특성의 디스플레이를 위한 x, y 메트릭스 형태로 배열된 픽셀을 갖는다. 매트릭스 형태는 일련의 종렬 전극으로서 하나의 슬라이드 상에 전극을 형성하고 일련의 횡렬 전극으로서 다른 슬라이드 상에 전극을 형성함으로써 제공된다. 각각의 종렬과 횡렬 사이의 교차점은 어드레싱 가능한 소자 또는 픽셀을 형성한다. 다른 메트릭스 설비, 예를 들면, 7줄 수치 디스플레이는 공지되어 있다.

다수의 상이한 다중 어드레싱 방법이 있다. 통상의 특징은 각각의 열 또는선에 스트로브 전압(strobe voltage)이라고 하는 전압을 차례로 가하는 것을 포함한다. 각각의 열에 스트로브 전압을 가하는 동시에, 모든 종렬 전극에 데이타 전압이라고 하는 적절한 전압을 가한다. 상이한 방법 사이의 차이점은 스트로브 전압과 데이타 전압 파형(Waveforms)의 형태에 있다.

다른 어드레싱 방법은 GB 제2,146,473A호; GB 제2,173,336A호; GB 제2,173,337A호; GB 제2,173,629A호; WO 제89/05025호; 하라다(Harada) 등의 문헌[참조: 1985 S.I.D. Paper 8.4 pp 131-134]; 라저월(Lagerwall) 등의 문헌[참조: 1985 I.D.R.C. pp 213-221] 및 피 말테스(P Maltese) 등의 문헌[참조: Proc 1988 IDRC p 90-101 Fast Addressing for Ferro Electric LC Display Panels]에 기재되어 있다.

물질은 데이타 파형과 연결된 반대 신호를 갖는 2개의 스트로브 펄스에 의해 이들 2상 사이에 스위칭될 수 있다. 또 다른 방법으로, 블랭킹 펄스는 이들 상들 중 하나에 물질을 스위칭시키는데 사용할 수 있다. 블랭킹 및 스트로브 펄스의 신호를 주기적으로 교호시킴으로써 순 d.C. 값을 유지할 수 있다.

이러한 블랭킹 펄스는 통상 스트로브 펄스보다 적용 폭과 길이가 더 크기 때문에, 2개의 데이타 파형이 모든 교차점에 적용되는 것과는 무관하게 재료가 스위칭된다. 블랭킹 펄스가 스트로브 펄스 이전에 차례로 선에 적용될 수 있거나, 전체 디스플레이가 한번에 블랭킹될 수 있거나, 선의 그룹이 동시에 블랭킹될 수 있다.

강유전성 액정 장치의 기술 분야에서, 장치로부터 최고 성능을 성취하기 위해, 특정 형태의 장치에 대해 가장 적합한 강유전성 스멕틱 특성을 갖는 물질을 수득하는 화합물의 혼합물을 사용하는 것이 중요하다는 것은 널리 공지되어 있다.

장치는 펄스 전압 곡선에 대한 응답 시간을 고려하여 속도를 검정할 수 있다. 이러한 관계는 특정 인가 전압(V_min)에서의 최소 스위칭 시간(t_min)을 나타낼 수 있다. V_min보다 높거나 낮은 전압에서, 스위칭 시간은 t_min보다 길다. 이들의 응답시간 대 전압 곡선에서 이와 같이 스위칭 시간이 최소인 장치로 높은 사용률에서 다른 강유전성 액정 장치보다 높은 콘트라스트를 유도할 수 있음이 이해된다. 응답 시간 대 전압 곡선에서의 상기 최소 시간은 각각 낮은 인가 전압 및 짧은 펄스 길이에서 발생하여 장치를 낮은 전압원 및 신속한 프레임 어드레스 충전 속도를 사용하여 구동시키는 것이 바람직하다.

강유전성 장치에 포함된 경우 이러한 최소 시간을 허용하지 않는 전형적으로 공지된 물질(여기서, 물질은 적합한 액정 특성을 갖는 화합물의 혼합물이다)은 SCE13 및 ZLI-3654(공급원: Merck UK Ltd, Poole, Dorset)로서 공지된 시판 물질이다. 이와 같이 최소 시간을 나타내는 장치는 제PCT/GB88/01004호에 따라, 시판되는 SCE8(Merck UK Ltd.)과 같은 물질을 이용하여 제조할 수 있다. 선행 기술의 물질에 대한 다른 예들은 제PCT/GB86/00040호, 제PCT/GB87/00441호 및 UK 제2232416B호에 예시되어 있다.

본 발명의 목적은 이전에 성취된 것보다 짧은 스위칭 시간 및/또는 낮은 전압을 갖는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 강유전성 액정 장치(예: 다중 어드레스된 장치)는 각각 전극 구조물을 갖고 대향 표면 하나 이상에서 정렬층으로 처리된 2개의 이격된 셀 벽을 포함하고, 셀 벽 사이에 스멕틱 액정 물질 층이 포함되어 있고, 전압 곡선에 대한 응답 시간이 최소이며, 당해 액정 물질이 하기 성분(A) 및 (B)로 이루어짐을 특징으로 한다.

성분(A)는 0.1 내지 50중량%로 존재하고 물질에 대한 자발 분극을 부여할 수 있는 하나 이상의 광학 활성 화합물이다.

성분(B)는 (A) + (B)가 100중량%가 되도록 하기에 충분한 범위로 존재하고다음 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 화합물이다.

상기식에서,

a, b 및 c는 독립적으로 0, 1 또는 2이고,

R₁및 R₂는 C_1-15직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콕시, 바람직하게는 C₃-C₁₂이다.

(성분(B)에 대해) 위에서, CH=CH 결합 그룹은 C₂H₄에 의해, CH₂O 결합 그룹은OCH₂에 의해 각각 치환될 수 있으며, 단, (A)가

바람직하게는, 성분(A)는 1 내지 15중량%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 5중량%로 존재한다. 바람직하게는, 성분(B)를 구성하는 어떠한 화합물도 5 내지 60중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%의 범위로 존재한다.

바람직하게는 당해 물질은 제PCT/GB88/01111호에 기술된 바와 같이 다음 일반식의 광학 활성 도펀트를 함유한다.

상기식에서,

R₁은 수소, C_1-2알킬, 알콕시, 퍼플루오로알킬 및 퍼플루오로알콕시로부터선택되며, 직쇄형 또는 측쇄형일 수 있고,

R₂는 C_1-8직쇄, C_1-15측쇄 또는 사이클릭형일 수 있는 알킬이고,

r은 1 내지 10의 정수이고,

n 및 m은 독립적으로 0 또는 1이며,

[여기서, (F)는 관련 페닐 환이 1 또는 2개의 불소 치환체를 가질 수 있음을 의미하고, p는 0 또는 1이며, Z는 p가 0인 경우 단일 결합을, p가 1인 경우 COO 또는 단일 결합을 나타낸다] 또는의 그룹이다.

CN 그룹은 CH₃, CF₃, 할로겐, 바람직하게는 F 또는 Cl에 의해 치환될 수 있다. CO₂그룹은 전환될 수 있다. 키랄 단위 CH(CN)R₂는 키랄 에폭사이드 그룹에 의해 치환될 수 있다. 하나 이상의 페닐 그룹은 사이클로헥실 그룹에 의해 치환될 수 있다.

바람직하게는, 당해 장치는 V_min이 45V 미만이고/이거나 t_min이 100μs 미만이다.

성분(A)는 (-) 좌회전 콜레스테릭 트위스트 센스를 갖는 하나 이상의 키랄 성분을 (+) 우회전 트위스트 센스를 갖는 하나 이상의 키랄 성분과 결합시킬 수 있음을 추가의 특징으로 한다. (-) 성분중 어떠한 것도 (+) 성분의 광학 에난티오머일 수 없다. 이러한 키랄 혼합물은 키랄 스멕틱 자체일 수 있거나 키랄이 아니고/아니거나 라세미체인 경사 스멕틱 액정 호스트 물질에 대한 첨가제로서 사용될 수 있다. 또한, 키랄 성분 또는 성분들은 콜레스테릭 피치를 제공하는 동일한 콜레스테릭 트위스트 센스를 가질 수 있으며, Ps는 주위 온도보다 높은 승온에서 키랄 스멕틱과 이소트로픽 상 사이에서 콜레스테릭으로부터 스멕틱으로봐 전이 온도보다 0.1℃ 이상 높은 온도 범위에 걸쳐 콜레스테릭 피치(p)가 층 두께(d)의 절반보다 큰 콜레스테릭 상, 및 키랄 스멕티상에서의 상당한 자발 분극치를 갖는 경사 키랄 스멕틱 액정 물질을 특징으로 한다. 미합중국 특허 제5,061,047호에는 액정 디스플레이 장치를 제조하는 몇몇 관련 방법이 기술되어 있다.

Ps 값은 0.1nC/cm²이상, 바람직하게는 1nC/cm²이상이다.

층 두께는 15μm 이하일 수 있으나 전형적으로는 1 내지 12μm이다.

이제 본 발명을 도면을 참조하여 실시예에 의해 기술하며, 도에서,

제1도는 시간 다중 어드레싱된 x, y 매트릭스의 개요도이고,

제2도는 제1도의 디스플레이 부분을 확대시킨 횡단면도이며,

제3도는 (t_min/V_min) 특성의 전환을 도시한 것이고,

제4도 내지 제6도는 각각 혼합물 1, 2 및 3에 대한 30℃에서의 V/V에 대한 t/μs의 그래프(혼합물은 표 1 참조)이다.

제1도 및 제2도에서 도시된 디스플레이(1)는 스페이서 링(4) 및/또는 분산 스페이서에 의해 약 1 내지 6㎛ 이격된 2개의 유리벽(2) 및 (3)을 포함한다.

투명한 산화주석의 전극 구조물(5) 및 (6)은 양 벽의 내부 면 위에서 형성된다. 이들 전극은 X, Y 매트릭스를 형성하는 횡렬 및 종렬로서 도시되며 기타 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 7개의 디지탈 바 디스플레이로 형성된 세그먼트일 수 있다.

액정 물질 층(7)은 벽(2) 및 (3)과 스페이서 링(4) 사이에서 함유된다.

편광자(8) 및 (9)는 셀(1)의 앞뒤에 배열된다. 횡렬(10) 및 종렬(11) 드라이버는 셀에 전압 신호를 가한다. 횡렬 및 종렬 드라이버(10) 및 (11)을 공급하기 위해 두 세트의 파형을 형성시킨다. 스트로브 파형 발생기(12)는 횡렬 파형을 공급하고 데이타 파형 발생기(13)은 칼럼 드라이버(11)에 온 앤 오프(on and off) 파형을 공급한다. 타이밍 및 디스플레이 포맷의 전반적 조절은 콘트라스트 로직 장치(14)로 조절한다.

조립 이전에, 벽(2) 및 (3)은 예를 들어 폴리이미드 또는 폴리이미드 박막위에 방사하고 건조시키고 필요한 경우 경화시킨 후 부드럽고 깨끗한 천(예: 레이온)으로 단일 방향(R₁) 및 (R₂)으로 닦음으로써 표면 처리한다. 이러한 공지된 표면 처리는 액정 분자에 표면 배향을 제공한다. 적용된 전기장의 부재하에, 분자는 마찰 방향으로 배열되고; R₁및 R₂는 동일한 방향 또는 반대 방향으로 평행(± 30℃)하다. 적합한 이방향성 전압이 가해지는 경우 분자 도파기는 각도가 서로에 대해 약 45° 인 두 도파기(D1), (D2)의 각각을 따라 배열된다.

당해 장치는 상태를 광학적으로 구별하는 수단, 예를 들어 1개 이상의 편광자를 포함한다. 이는 전도 또는 반사 방식으로 작용할 수 있다. 전자의 경우, 예를 들어 텅스텐 전구로부터 장치를 통과하는 광은 선택적으로 투과되거나 차단되어 목적하는 디스플레이를 형성한다. 반사 방식에서 반사경은 제2 편광자(9) 뒤에 위치하여 셀(1) 및 두 편광자를 통해 주위의 광을 역반사시킨다. 반사경을 부분 반사시켜 당해 장치를 투과 및 반사 방식의 두 방식으로 조작할 수 있다.

다색성 염료를 물질(7)에 가할 수 있다. 이 경우, 하나의 편광자만이 필요하며 층 두께는 4 내지 10nm일 수 있다.

2㎛의 전형적인 두께인 경우, 예를 들면 22℃의 물질을 100μs 동안 + 또는 - 50V의 dc 펄스에 의해 스위칭할 수 있다. 두 스위칭된 상태(D1) 및 (D2)는 임의로 양의 펄스를 수용한 후를 온(on)으로, 충분한 규모의 음의 펄스를 수용한 후는 오프(off)로 정의할 수 있다. 편광자(8) 및 (9)는 서로에 대해 수직인 이들의 편광축을 따라 그리고 스위칭된 상태중의 한 상태로 도파기에 평행한 하나의 축을 따라 배열된다.

조작시, 스트로브 파형은 각각의 횡렬에 차례로 적용되는 한편 적절한 온 또는 오프 데이타 파형은 각각의 종렬 전극에 적용된다. 이는 온 상태의 몇몇 x, y 교점 및 오프 상태의 또 다른 x, y 교점에 의해 형성된 목적하는 디스플레이 패턴을 제공한다. 이러한 어드레싱은 다중 어드레싱이라고 한다.

다음 화합물과 혼합물은 본 발명을 설명하는 예이다.

표 1:

화합물 B ₁ 을 함유하는 혼합물

T_A-C= 스멕틱 A - 스멕트 C 상전이 온도.

θ = 원추각,

Ps = 자발 분극

E = 전기장.

세개의 상이한 혼합물 1, 2 및 3의 셀 두께(d/㎛)는 각각 2.3, 1.9 및 1.65이다.

표 1에 제시되어 있는 데이타를 분석할 경우, 칼럼 위쪽의 E_min/Ps와 t_min× Ps²를 고려하는 것이 가장 유리할 것이다.

표 2 및 표 3에는 상이한 온도에서 혼합물 1과 2의 Ps 및 θ 데이타가 기재되어 있다.

표 2: 혼합물 1

표 3: 혼합물 2

각종 혼합물은 다른 언급이 없는 한, 30℃에서 하기에서 검정한다. V_min의 단위는 V이고 T_min의 단위는 μS이며 Ps의 단위는 nCcm^-2이다.

ZLI 5014-000은 머크(Merck)사에서 시판하는 혼합물이다.

V_min= 60 t_min= 26 Ps = 2.7nCcm^-2.

합물이고;

성)와 혼합시킨다.

AJS20은

및 BE80F2N 5%(1.75% 활성)의 혼합물이다.

AJS62는

및 BE80F2N 5.1%(1.8% 활성)의 혼합물이다.

AJS64는

및 BE80F2N 5.2%(2.3% 활성)의 혼합물이다.

AJS67은

및 BE80F2N 5%(2.25% 활성)의 혼합물이다.

(7.5Vac 바이어스)

AJS32는

및 BE80F2N 1.75%의 혼합물이다.

VH53은

및 BE80F2N 5%(1% 활성)의 혼합물이다.

LPM68은

및 IGS97 1%의 혼합물이다.

13/291-1은

의 혼합물이다.

03129-1은

의 혼합물이다.

H1은

및 BE80F2N 1.75%의 혼합물이다.

VH50은

및 BE80F2N 10%(1.71% 활성)의 혼합물이다.

WF9는

및 BE80F2N 2%의 혼합물이다.

BDH 835는 머크사에서 시판하는 혼합물이다.

SCE8은 머크사에서 시판하는 혼합물이다.

LT4는

및 BE80F2N 2%의 혼합물이다.

VH51은

및 BE80F2N 10%(1.75% 활성)의 혼합물이다.

VH52는

및 BE80F2N 10%(1.7% 활성)의 혼합물이다.

AS452는

및 BE80F2N 1.75%의 혼합물이다.

AS407은

및 IGS97 2.5%의 혼합물이다.

AS436은

및 IGS97 2.5%의 혼합물이다.

AS435는 IGS97 1.28%가 존재한다는 것을 제외하고는 AS436과 동일하다.

[여기서, IGS97은

Claims

0.1 내지 50중량%의 범위로 존재하고 스멕틱 액정 물질에 자발 분극을 부여할 수 있는 하나 이상의 일반식(1)의 광학 활성 화합물(A)을 성분(A)와 성분(B)의 합이 100중량%가 되도록 하기에 충분한 범위로 존재하는 일반식

로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 화합물(B)[여기서, a, b 및 c는 독립적으로 0, 1 또는 2이고, R₁및 R₂는 C_1-15직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콕시이며, CH=CH 결합 그룹은 C₂H₄에 의해 치환될 수 있고 CH₂O 결합 그룹은 OCH₂에 의해 치환될 수 있다]과 혼합하는 단계 및

혼합물을 셀 벽 사이에 도입하는 단계를 포함하여, 각각 전극 구조물을 갖고 하나 이상의 대향 표면(對向表面)이 정렬 층으로 처리된 2개의 이격된 셀 벽을 포함하고 셀 벽들 사이에 스멕틱 액정 물질의 층이 도입되어 있는 강유전성 액정 장치의 전압-응답시간 특성에서 최소를 유도하는 방법.

상기식에서,

R¹은 직쇄 또는 측쇄일 수 있고 수소, C_1-12알킬, 알콕시, 퍼플루오로알킬 및 퍼플루오로알콕시로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,

r은 1 내지 10의 정수이며,

n 및 m은 독립적으로 0 또는 1이고,

X는 일반식의 그룹[여기서, A, B 및 C는 독립적으로 페닐 또는 사이클로헥실일 수 있고, (F)는 관련 환이 불소 치환체를 1 또는 2개 가질 수 있음을 나타내고, p는 0 또는 1이며, Z는, p가 0인 경우, 단일 결합이고, p가 1인 경우, 000 또는 단일 결합이다]또는의 그룹이며,

Y는 CO₂또는 O₂C이고,

L은 키랄 에폭사이드이거나 화학식[여기서, J는 CN, F, Cl, CH₃또는 CF₃일 수 있고, R₂는 C_1-8직쇄, C_1-15측쇄 또는 사이클릭 알킬이다]이다.
제1항에 있어서, 성분(B)를 구성하는 하나의 화합물이로부터 선택된 하나 이상의 화합물인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 성분(A)가 하기 일반식의 화합물인 방법.

상기식에서,

R₁은 직쇄 또는 측쇄일 수 있고 수소, C_1-12알킬, 알콕시, 퍼플루오로알킬 및 퍼플루오로알콕시로부터 선택되고,

R₂는 C_1-8직쇄, C_1-15측쇄 또는 사이클릭 알킬이고,

r는 1 내지 10의 정수이고,

n 및 m은 독립적으로 0 또는 1이고,

Y는 CO₂또는 O₂C이고,

J는 CN, F, Cl, CH₃또는 CF₃이고,

X는 일반식의 그룹[여기서, A, B 및 C는 독립적으로 페닐 또는 사이클로헥실이고, (F)는 관련 환이 불소 치환체를 1 또는 2개 가질 수 있음을 나타내고, p는 0 또는 1이고, Z는, p가 0인 경우, 단일 결합이고, p가 1인 경우, COO 또는 단일 결합이다] 또는의 그룹이다.
제3항에 있어서, J가 CN이고 Y가 CO₂인 방법.
제5항에 있어서, A, B 및 C가 페닐 환인 방법.
제5항에 있어서, 성분(A)가 하기 일반식의 화합물인 방법.
제5항에 있어서, 성분(A)가 하기 일반식의 화합물 중의 하나인 방법.
제5항에 있어서, 성분(A)가 하기 일반식의 화합물인 방법.

상기식에서,

n은 0 또는 1이고,

r은 1 내지 6이며,

R₁은 C_1-12알킬 또는 알콕시이고,

R₂는 측쇄 알킬이다.
제8항에 있어서, R₂가 이소프로필인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 성분(B)를 구성하는 화합물 중의 하나가 하기 일반식의 화합물인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 성분(B)를 구성하는 화합물 중의 하나가 하기 일반식의 화합물인 방법.
제1항에 있어서, 성분(A)를 구성하는 화합물 중의 하나 이상이 1 내지 15중량%의 범위로 존재하는 방법.
제2항에 있어서, 성분(A)를 구성하는 화합물 중의 하나 이상이 1 내지 15중량%의 범위로 존재하는 방법.
제1항에 있어서, 성분(B)를 구성하는 화합물 중의 하나 이상이 5 내지 60중량%의 범위로 존재하는 방법.
제2항에 있어서, 성분(A)를 구성하는 화합물 중의 하나 이상이 10 내지 30중량%의 범위로 존재하는 방법.
제1항에 있어서, 강유전성 액정 장치가 다중 어드레싱되는 방법.
제2항 및 제12항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 강유전성 액정 장치가 다중 어드레싱되는 방법.