KR100516763B1 - 쌍안정의강유전성액정전지 - Google Patents

Abstract

공지된 액정전지는 네마틱 액정 배열을 가지고, 이 배열에 따라서 TN 전지 또는 STN 전지로 불리운다. 이런 전지들은 여러 적용에 적합하다. 그러나, 이들의 영상 품질(image quality)은 사용자의 보는 각도에 매우 폭넓게 의존한다. 또한, TN 및 STN 전지는 정보를 디스플레이 하거나 또는 저장하기 위해서, 연속 적용되는 신호 전압을 요구한다. 강유전성, 키랄 스메틱 액정층을 갖는 쌍안정성 액정전지들은 이와 같은 네마틱 디스플레이 전지의 단점을 갖지 않는다. 그러나, 이런 쌍안정성 디스플레이 전지의 상업적인 제조는 오랜 기간동안 이루어지지 않았다. 이것은 특히 이들이 정보의 신뢰성 있는 저장에 매우 적합하지 않고, 또는 디렉터의 두 쌍 안정성 상태 사이의 완전히 동등한 절환을 허용하지 않기 때문이다. 본 발명은 이제 이와 같은 단점들을 완전히 피할 수 있는 신규한 쌍안정성 액정전지를 제안한다. EP-A 0 405 346에 기재된 SBFCL 디스플레이 전지로부터 출발하여, 본 발명에 따른 디스플레이 전지는, 전지의 액정층(21)이 중합된 분자들을 함유하며, 빛과 교류 전기장으로 처리함에 의해, 두 개의 동등한 쌍안정성 절환상태를 갖는 방법으로 형성된다는 점에서 구별된다.

Description

쌍안정의 강유전성 액정전지

본 발명은 강유전성, 키랄 스메틱 액정층을 갖는, 이하 디스플레이 전지로도 언급되는 액정전지, 즉 청구항 1항에 따른 전지에 관한 것이다.

알려진 액정전지들은 네마틱 액정 배열(configuration)을 갖고, 이 배열에 따라, TN 전지 또는 STN 전지로 언급된다. 여기서, TN은 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic)이고, STN 슈퍼 트위스티드 네마틱(Super Twisted Nematic)이다. 이런 전지들은 여러 적용에 적합하다. 그러나, 이들의 영상 품질(image quality)은 사용자의 보는 각도에 매우 크게 의존한다. 또한, TN 및 STN 전지들은 이들이 정보의 표시 또는 저장을 위해 사용되는 경우 연속 적용되는 신호 전압을 요구한다. 이것은 전지들이 에너지원 없이 데이터를 저장 및/또는 표시할 수 없다는 것을 의미한다. 이런 적용의 예들은, 집적 배터리 없이 기록-판독 장치에 의해 전달된 회계 잔액을 저장할 수 있는 은행 또는 신용카드일 수 있다.

강유전성, 키랄 스메틱 액정층을 갖는 액정전지는 별개의 전지 유형에 속한다. 이런 유형의 전지는 사실상, 이하 S_c ^*층으로 언급되고 선택적으로 나선형 배열(helical configuration)을 형성하며, 전기장의 작용에 의해 영향을 받거나 또는 변형되어 광학 이등방성이 변화될 수 있는, 굴절성 액정층을 갖는다.

종래의 강유전성 액정전지는 한 쌍의 투명판을 가지며, 이들은 함께 S_c ^*층을 둘러싸고, 각각 S_c ^*층의 분자를 향하는 표면 구조물을 제공하고, 전기장을 발생시키기 위한 전극을 제공하며, 각각 편광체를 제공한다. 여기서, S_c ^*층을 향한 표면구조물은 근처의 액정 분자에 대해 배향 효과를 가지며, 이것은 하기에 더욱 상세히 설명될 것이다. 스메틱 층 또는 면은 강유전성 액정전지에서 판과 수직이다. 문헌상, 이와 같은 배열은 때때로 책꽂이(bookshelf) 구조로 언급된다.

강유전성 디스플레이 전지에 사용될 수 있는 액정은 여러 화학적 화합물의 혼합물로 구성된다. 이들은 소위 도판트를 포함하고, 이들은 혼합물에 키랄 특성을 부여하며 강유전성의 원인이 된다. 키랄 스메틱 액정 혼합물은 특히 스메틱 층에 속하고 서로 필수적으로 수평으로 배열된 분자들이 스메틱 면에 대해 수직으로가 아니라 정상면에 대해 스메틱 경사각 θ로 배열된다는 사실에 의해 구별된다. S_c ^*층의 키랄성은 액정분자의 축이 층에서 층으로 서로에 대해 회전하게 하여, 피치 p를 갖는 나선을 형성한다. 만일 이런 나선 구조가 바람직하지 않다면, 이것은 경계의 효과 또는 책꽂이 구조의 변형을 통해 억제되어져야 한다.

정지상태에서, 즉 전기장의 적용 없이, 강유전성 디스플레이 전지는 일정한 광투과율을 나타낸다. 전극에 전압이 적용되면, 개개의 스메틱층에 회전력(torques)이 작용한다. 이들 회전력은 분자들을 재배향시키고, 그로 인하여 개개의 스메틱층을 재배향시켜, 광학축의 회전을 일으킨다. 적용된 전압의 함수로서 광학축의 회전은 실제로 절환각(switching angle) α를 측정함으로써 결정될 수 있다.

그러나, 키랄 스메틱 액정 혼합물은 또한 다른 특성을 갖는다. 따라서, 이들은 자발분극 P_s, 즉 고유의 분자 쌍극자 모멘트의 자발적 배향을 나타낸다. 이것은 디스플레이 전지에 적용된 전기장이 상기 자발분극과 강한 상호작용을 나타내어, TN 및 STN 전지에 대해 알려진 절환시간의 실질적인 감소를 허용한다는 것을 의미한다. 경사진 스메틱상의 추가 특성은 책꽂이 구조물의 경우에서 분명하며, 여기서, 이미 언급된 스메틱면은 디스플레이 표면과 수직이 된다. 본 명세서에서 유리표면이 스메틱층의 분자가 경계와 나란히 배향되는 방법으로 처리되는 경우, 분자들을 정상면에 대해 경사지게 하는 2 가지 명백한 가능성, 즉 앞쪽 또는 뒤쪽이 있다. 두 위치는 S_c 평면에 대해 정상과 동일한 각을 만들고, 따라서 S_c 구조와 일치된다. 이들 두개의 배열 또는 상태가 S_c 액정의 쌍안정성의 원리이며, 즉 쌍안정의 강유전성 액정전지의 형성 원리이다.

쌍안정성 강유전성 액정전지는 네마틱 디스플레이의 상기 단점을 갖지 않는다. 따라서, 이들은 보는 각에 따른 의존성이 거의 없고, 정보가 기록되자마자 에너지원으로부터 분리될 수 있다.

쌍안정성 액정전지에서, S_c ^*층의 강유전성은 두개의 배열 또는 상태 사이에서 앞뒤로 절환될 수 있다. 동시에, 자발적으로 배향된 키랄 도판트의 쌍극자 모멘트는 자발분극 P_s을 생성하고, 이것은 교대로 적용된 전기장에 강하게 반응을 나타낸다. 따라서, 도판트들은 쌍안정성 전지의 절환시잔을 짧게 할 수 있다. 예를 들면 DHF 전지(여기서, DHF는 변형된 나선 강유전성-Deformed Helix Ferroelectric)에서 발생되는 바와 같은 형태의 나선의 형성은 쌍안정성 액정 배열에 바람직하지 않다는 것이 알려져 있다. 따라서, 한계는 자발분극 P_s의 크기에 따른다. 사실상, 혼합물에 함유된 키랄 분자들은 자발분극을 생성할 뿐만 아니라 S_c 구조의 회전 경향을 촉진시키고, 이것은 쌍안정성 액정 배열에 불리하다.

따라서, Lagerwall과 Clark(Appl. Phys. Lett. 38, 899, 1980)의 소위, 표면 안정화된 강유전성 액정(SSFLC) 효과에 기초한 이들 쌍안정성 디스플레이 전지에서, 도핑은 분자들과 표면의 상호작용이 도판트의 회전력의 영향보다 강하여, 나선의 형성을 억압 또는 억제하도록 낮게 선택되어야 한다. 실제로, 이것은 나선의 피치가 실질적으로 액정층의 층 두께 d보다 더 커야 한다는 의미이다.

표면력에 의한 구조물의 비교적 약한 안정성 및 도판트의 회전력에 의한 표면력의 부분적인 보상은, 쌍안정성 절환이 미미한 에너지로 얻어질 수 있지만, 그러나 이와 같이 얻어진 상태는 매우 불안정하다는 것을 의미한다. 따라서, 비교적 적은 전기적 또는 기계적 간섭이 상기 상태를 "튀길 수" 있고, 즉 두 개의 쌍안정성 배열간의 앞뒤로의 절환을 일으킨다. 따라서, SSFLC 디스플레이 전지는 장기간의 안정한 저장에 매우 적합하지 않다.

소위 짧은-피치 쌍안정성 강유전성 디스플레이 전지(SBFLC)는 이 문제의 해결책을 제시한다. 이 전지에서, 액정층은 전기 펄스에 의해 적합화되어 스메틱층의 지그-재그 변조가 생성되고, 나선 형성이 억제된다. 결론적으로, 이 전지는 알려진 SSFCL 전지보다 진동에 대해 실질적으로 적은 정도로 반응한다. 이런 유형의 디스플레이 전지가, 예를 들면 EP-A 0 405 346에 기재되어 있다.

SSFLC 및 SBFLC 디스플레이 전지들은 모두 심각한 추가의 단점을 갖는다. 상기 전지에서는, 정보가 새겨진다. 사실 전지가 오랜 기간 동안 동일한 상태로 있는 경우, 자발분극의 전기장으로 인해 접촉부 근처에 전하 구름 형태의 이온성 불순물이 생성된다. 이들 삼차원(three-dimensional) 전하와, 가능한 추가 영향을 받은 표면 전하는 추가의 절환을 위한 전지의 대응 작동점을 변경시킨다. 그 결과 다중상(ghost image) 또는 심지어 쌍안정성의 손실이 일어난다. 전도성 배향층이 사용되고, TN 및 STN 디스플레이 전지에서 흔한 불량한 전도성 또는 심지어 절연성 층이 배제되는 경우, 이들 삼차원 전하 효과는 감소되거나 또는 덜 치명적일 수 있다. 그러나, 이어서 액정은 두 개의 접촉부에 대한 저-저항 접속을 갖게 되고, 결국 먼지 입자 등에 의해 단락의 위험이 크게 증가한다.

S_c ^*층의 나선 또는 디렉터 구조에 영향을 미치는 또 다른 가능성은 중합될 수 있는 분자들의 혼합물이다. 여기서의 개념은 액정전지의 형성 및 제조시 중합공정에 의해 최적의 구성으로 디렉터 구조를 안정화하거나 또는 냉각하는 것이다. 이것은 교대로 적어도 하나의 반응중심을 갖고, UV광선에 노출되어 중합반응을 개시하는 적은 비율의 중합성 분자를 액정 혼합물과 혼합함으로써 얻어진다. 이 중합은 단단한 코일로 감겨지고 또한 선택적으로 가교(이것은 네트워크를 만든다)되는 긴 분자 필라멘트를 형성하며, 이와 같이 하여 중합반응의 초기에 존재하는 디렉터 구조를 고정시킨다. 이 방법은 이미 US-A 5 434 685에 기재되어 있다. 그러나, 상기 문헌에 기재된 기술은 SSFCL 디스플레이 전지들, 즉 긴 피치 p를 갖는 액정 혼합물로 제한된다. US-A 5 434 685호에 기재된 액정전지에서, 두 개의 안정한 상태중 하나, 즉 액정 혼합물이 중합되는 경우가 다른 상태보다 항상 더 안정하게 될 것이고, 이것은 이런 방식으로 형성된 전지의 작동 시, 필수적인 작동전압의 바람직하지 않은 비대칭을 초래하고, 심지어 쌍안정성의 손실을 초래할 수도 있다. US-A 5 434 685에 기재된 액정전지에서, 또한 중합은 결국 상분리를 일으킬 수 있고, 즉 이 경우 또한 액정은 작은 방울 형태로 침전된다. 또한 J.W. Doane, D.K. Yang 및 L.C. Chien (Conf. Reports IDRC, SID, page 175(1991))이 설명한 디스플레이 전지가 이들의 예이다.

EP-A 0 405 346에서 출발하여, 본 발명의 목적은, 쌍안정성 디스플레이 전지의 본질적 장점, 즉 보는 각도에 거의 영향을 받지 않고, 절환시간이 짧고 에너지원 없이 데이터를 저장할 수 있는 장점을 가지며 또한 상기의 쌍안정성 SSFCL 및 SBFCL 디스플레이 전지의 단점을 갖지 않는 쌍안정성 액정전지를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1항에 기재된 특징을 갖는 본 발명에 따른 액정전지에 의해 얻어진다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 액정전지의 제조방법 및, 상기 액정전지를 포함하는 디스플레이 수단 및 카드에 관한 것으로, 즉 청구항 9에 기재된 특징을 갖는 제조방법, 청구항 11에 기재된 특징을 갖는 디스플레이 수단 및 청구항 13에 따른 카드에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예는 종속항들에 의해 명백해 질 것이다.

본 발명자들은 놀랍게도 파라미터의 적합한 선택 및 적합한 액정 조성과 함께, SBFCL 디스플레이 전지에서 중합체-형성 분자들을 사용하는 것이 예상보다 더 큰 이점을 갖는다는 것을 발견하였다.

또한, 중합체-형성 분자를 함유하는 액정 혼합물로 형성된 SBFCL형의 디스플레이 전지는, 중합공정 동안 전지가 양쪽에서 동일한 강도로 조명되고 동시에 AC 전압에 의해 두 개의 포화된 상태 사이의 앞뒤로 절환될 때, 두 개의 동등한 상태를 갖는 쌍안정성 액정전지가 될 수 있다는 것을 발견하였다. 이 경우에서, 포화는 AC 전압의 추가 증가가 굴절성 인덱스 타원면의 회전각 또는 복굴절의 크기 △n을 크게 변화시키지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 이 경우에 대칭 쌍안정성은 두 측면 조도와 대칭절환의 조건이 중합동안 동의한다는 표시이다. 사실상 전지가 양쪽 측면으로부터 동등하게 조명되지 않는 경우, S_c ^*층은 단일안정성이거나 또는 실질적으로 양전압 및 음전압에 대해 별도의 절환 역치(

値)를 가지며, 이것은 디스플레이의 작동에 해롭다. 대칭 절환이 없다면, 중합동안 더 자주 갖게되는 절연상태가 바람직할 것이다. 이것은 도입에서 언급한 유형의 비대칭성 또는 단일안정성 액정전지를 이끌어 낸다.

본 발명에 따른 액정 전지의 특히 바람직한 구현예는 실온에서 최대 2·10⁹Ωm, 바람직하기는 최대 10⁹Ωm, 예를 들면 약 4·10⁸Ωm의 비저항 ρ를 갖는다. 따라서, 비저항 p>2·10⁹Ωm인 쌍안정성 액정전지가 더 낮은 비저항을 갖는 것보다 실질적으로 더 불량한 대조를 갖는다는 것을 발견하였다.

강유전성 액정전지(또는 이들에 포함된 액정 혼합물)의 오옴 저항의 측정은 자발분극의 크기로 더 어려워진다. 그러나, 본 발명의 경우, 이것은 각 액정전지의 전형적인 전류-전압 특성으로부터 산출된다. 이런 전류-전압 특성을 하기의 그래프에 나타내었다. 이 그래프와 본 발명에 따른 바람직한 액정전지에 나타난 특징은 자발분극을 포화시키는 10Hz/20V 델타 전압으로 기록된다. 오옴 저항 R = 13MΩ은 디플렉션(deflection)지점에서 측정된 전압과 전류값들의 차이 △U 및 △I로 결정될 수 있고, 전지 크기를 계산할 수 있는 경우, 비저항 ρ = 4·10⁸Ωm은 상기 저항 R로부터 결정될 수 있다.

액정 혼합물의 저항은 실질적으로 성분 조성에 의존하며, 저항이 지나치게 크지 않다면 적합한 도핑, 예를 들면 테트라부틸암모늄 아이오다이드에 의해 쉽게 감소될 수 있다.

비교적 낮은 ρ값을 갖는 액정 혼합물의 이용이 해당 액정전지의 산업적 제조를 또한 촉진한다는 것도 언급되어야 한다. 그러므로, 예를 들면 TN 및 STN 전지의 경우, 예를 들면 소위 "장효과(field effect) 디스플레이"를 위해, 비교적 높은 ρ값을 갖는 혼합물이 요구되며, 이와 같은 전지의 제조를 더욱 어렵게 만든다.

본 발명에 따른 액정전지는 다수의 장점으로 특징된다.

- 따라서, 이것은 디렉터의 두 개의 안정한 위치 사이에 완전히 동등한 절환을 허용한다.

- 본 발명에 따른 전지의 추가의 이점은 두 개의 쌍안정성 액정배열의 증가된 안정성이다. 따라서, 이들 배열 또는 배향(기록된 정보는 아님)은 액정전지가 액정 혼합물의 클리어 포인트(clearing point) 이상 가열되고 이어서 다시 냉각되는 경우에도 유지된다. 냉각시 형성된 배향은 사실상 가열전의 배향과 동일하다. 따라서, 이 특성은 본 발명에 따른 액정전지의 저장 온도 범위를 크게 증가시킨다.

본 발명의 추가의 이점은 큰 자발분극(예를 들면, 빠른 절환 속도)과 절연 접촉부의 사용을 결합할 수 있는 가능성이다. 따라서, 사실상 비교적 밀집한, 절연 배향층을 갖는 쌍안정성 디스플레이 전지를 제조하는 것이 가능하다. 이와 같은 절연층은 국부적 단락의 영향을 감소시키고, 이것은 강유전성 디스플레이의 작은 전지 거리와 특히 중요하다.

높은 기계적 안정성과 절연 접속 때문에, 본 발명에 따른 액정전지는 높은 기계적 및 전기적 부하를 받는 적용에 특히 적합하다. 이들은 얇은 플라스틱 시트로부터 제조된, 예를 들면 매우 가볍고, 선택적으로 유연한 디스플레이 수단을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 액정전지들은 신용카드 등에 쉽게 집적될 수 있다. 따라서, 이런 카드는 기록 및 판독 장치에 의해 기록된 정보를 절대적으로 믿을 수 있게 오랜 기간동안 저장할 수 있고, 집적된 에너지원 없이도 그렇게 할 수 있다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.

쌍안정의 강유전성 액정전지의 광학적 시스템은 도 1의 간단한 형태로 나타낼 수 있다. 이 경우, 스메틱층은 상기와 같이 판(2) 및 (3)에 대해 수직이다. 또한, 서로 수평으로 배열된 각층의 분자들은 상기 경사각 θ로 정상 평면에 대해 경사진다.

최종적으로, 액정전지의 평면에서, 굴절 타원면이 두 개의 안정 상태(10) 및 (11)에서 나타낸다. 전압이 전극(12) 및 (13)에 적용되면, 분자들을 재배향하는 전기장이 액정에서 발생된다. 실제로, 공지의 전지와 본 발명에 따른 전지 모두에서 반대 극성을 가질 수 있는, 주기적인 신호 또는 작동 펄스들이 기호로 나타낸 전력원으로부터 도달한다. 실제로, 이것은 충분히 큰 전기장이 굴절성 인덱스를, 예를 들면 위치(10)에서 위치(11)로 절환시킨다는 의미이다. 반대장은 이것을 다시 재절환시킨다. 따라서, 일단 전지가 전기장에 의해 여기되면, 디렉터는 그 다음, 적용된 전기장이 없어도, 두 쌍안정성 배열 중 하나로 존재한다. 이들 배열은 여전히 이완될 수 있고, 예를 들면 두개의 안정한 위치 사이의 광학측의 관찰된 절환각 α는 일반적으로 비 이인 구조에서 예상되는 경사각 θ의 2배값보다 작다.

소위 역치(

値)전압(threshold voltage) U_s보다 작은 전압은 굴절 인덱스를 절환시킬 수 없다. 이런 전지가 두개의 교차된 편광체(14) 및 (15) 사이에, 두개의 편광체중 하나에 수평인 위치(10)의 광학적 축을 가지며 존재하는 경우, 투광도는 위치(10)에서 액정층을 갖는 최소(예를 들면, 어둡다)가 되고, 위치(11)에 액정층을 갖는 최대(예를 들면, 밝다)가 된다. 그러므로, 이 액정 전지에서 밝음과 어둠간의 앞뒤로의 절환이 가능하다. 일정한 전압범위에서, 부분 절환이 또한 일어날 수 있고, 이 때문에 회색값도 가능하다. α로 표시되는 쌍안정성 절환각이 45°일 때 투광도가 최대가 된다. 대부분의 경우, 이 절환각 α가 스메틱 경사각 θ의 두배보다 작으므로, 이 경사각은 22.5°보다 커야하고, 예를 들면 25°보다 커야하고, 바람직하기는 30°보다 커야한다. 액정층의 두께 d는 녹색의 광학적 피치 차이가 녹색광의 파장의 반에 거의 상응하도록 최종적으로 선택된다.

본 발명에 따른 액정전지의 제조를 더욱 상세히 설명하기 전에, 이와 같은 전지의 일반적인 구조를 더욱 상세히 설명한다.

전체를 부호 (20)으로 나타낸 도 2의 쌍안정성 액정전지는 서로 수평인 두개의 투명재료의 판 또는 필름(22 또는 23)사이에 배열된 S_c ^*층(21)을 갖는다. 수평판 또는 필름(22 및 23)에 적합한 투명재료는 예를 들면 유리, 아크릴 유리 또는 플라스틱 필름이다. 전지-유리상태에서 비중합된 액정의 액정층(21)의 나선 피치p(예를 들면, p의 고유값)는 층 두께 d보다 작도록 선택된다.

편광체(24)는 하부판(22)의 외부면에 존재하고, 바람직하기는 판(22)에 연결되며, 예를 들면 접착적으로 판에 결합된다. 따라서, 편광체(25)는 상부판(23)에 유사한 방식으로 정리된다. 선택적으로, 이들 편광체는 또한 전지 내부에 배열되거나, 또는 이들이 예를 들면 배향된 이색 염료(dichroic dye) 분자를 함유하는 플라스틱으로 구성되는 경우, 판 (22 와 23)에 의해 제공될 수도 있다.

판 (22 및 23)에 액정층(21)을 향하는 이들의 표면과 접하여, 투명전극(26) 및 (27)이 제공되고, 선택적으로 각각에 대하여 절연층(28 또는 29) 하나가 제공된다.

판 또는 필름, 편광체, 전극 및 절연층으로 형성된 각각의 캐리어는 S_c ^*층을 향하는 그들의 면에서, 이들이 근처 액정 분자에서 및 그리고 전체 액정층에서 배향 효과를 가지며, 따라서 디렉터의 방향을 결정하는 방식으로 추가로 처리된다. 이 처리는, 예를 들면 중합체 층으로의 코팅 및 순차적인 러빙 공정(rubbing process)으로 이루어진다. 또 다른 배향 방법은, 예를 들면 액정층의 전단이 있다. 다른 가능성은 배향층의 경사 범위 진공증착(oblique incidence vacuum deposition)으로 이루어진다. 이와 같은 층을 도 2에 나타내었고 숫자(30) 및 (31)로 표시하였다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 두 개의 편광체중 하나, 예를 들면 편광체(24)는 그것의 편극 방향이 도 1의 (10)으로 표시된 첫 번째 쌍안정성 배열의 광학축과 수평이 되도록 배열되고, 다른 판(23)에 포함된 편광체(25)는 편광체(24)에 대해 90°의 각으로 회전된다. 편광체(24) 및 (25)의 상기 배향은 바람직한 구현예이다. 다른 편광체 배열도 역시 모두 가능하며, 마찬가지로 얻어질 수 있는 양호한 결과를 허용한다. 이들은 단순 최적화에 의해 쉽게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 목적에 사용될 수 있는 비중합된 액정 혼합물은 자발분극 P_s> 50nC/㎠, 피치 p <d 및 스메틱 경사각 θ> 25°에 의해 구별된다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은 약 1 내지 20중량%의 중합성 분자, 예를 들면 아크릴산염 또는 에폭사이드에 의해 형성된 적어도 하나의 반응 중심 또는 당업자에게 잘 알려진 또 다른 구조를 갖는 분자를 포함한다.

또한, 혼합물은 일정한 파장의 빛을 흡수하고, 그리고 중합반응을 개시하는 개시제를 함유할 수 있다. 그러나, 혼합물은 또한 중합 반응 중심의 바람직하지 않는 열적 반응을 억제하는 억제제를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 예를 하기 첨부된 두개의 표 1 및 2에 나타내었다. 화합물 A는 키랄 도판트, 분자 B는 중합성 화합물, 분자 C는 억제제를 표시하며 화합물 D는 광개시제를 나타낸다.

본 발명에 따른 액정전지의 제조방법은 이하 더욱 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 액정전지의 제조에서, 비가교된 상태의 강유전성 액정 혼합물은 전지 두께 d가 약 2㎛인 준비된 전지에 채워진다. 이것은 약 90℃의 온도에서 모세관 작용에 의해 공지의 방법으로 실시될 수 있다. 준비된 전지의 배향층이 전지의 전체 두께에 걸쳐 원하는 배향효과를 얻기에 충분하지 않은 경우, 이 효과는 AC 또는 DC 전압의 적용에 의해 추가로 향상될 수 있다. 이것은 예를 들면 ±10 V/1 kHz의 네모파(square-wave) 전압에 의해 얻어질 수 있고, 이 전압이 이후의 냉각 공정동안 약 5분간 전지에 적용된다. 일단, 액정 혼합물이 두 개의 판 사이에서 원하는 품질로 배향되면, 중합반응이 빛에 의해 개시되고, 이것을 위해 전지의 두 측면은, 예를 들면 15분 동안 수은등(이것은 거의 일광의 스펙트럼 및 강도를 갖는다)을 이용하여 균일한 조명을 받는다. 이 조명 단계 동안, 네모파, 이 경우에는 약 ±30V/100Hz의 대칭 네모파 전압이 전지에 다시 적용된다. 대칭 절환을 위한 이 AC 전압은 포화 전압의 증폭보다 최대 10% 작은 증폭을 갖고 그리고 중합 반응의 약 0.1%가 일어나는 시간보다 짧은 기간을 갖는 것이 바람직하다.

이런 방식으로 형성된 액정전지는 쌍안정성이고, 이것이 쌍극자 펄스에 의해 작동되는 경우, 예를 들면 20:1의 큰 차이로 절환된다. 쌍극자 펄스 시퀀스는 여기서, 하나의 절환 공정동안 예를 들면 증폭이 -15V인 지속시간 3ms의 펄스에 이어 증폭이 +15V인 지속시간 3ms의 펄스로 구성되고, 재절환 공정에서는 반대 순서의 동일한 펄스로 구성된다.

형성된 디스플레이 전지의 바람직한 구현예는 다음과 같은 특징을 갖는다.

- 두개의 쌍안정성 절환 상태는 포화된 절환의 경우에서 관찰되는 절환각보다 적어도 7°작은 절환각을 둘러싸며,

- 두개의 쌍안정성 상태의 복굴절의 크기 △n은 전기적으로 포화된 액정층의 경우보다 적어도 5% 작고, 및

- 양 및 음 역치 전압 U_s는 서로 최대 20%의 차이가 있다.

쌍안정성 상태가 단순히 고정된 절환 상태가 아니라는 점에 주목해야 한다. 사실상 높은 전압이 디스플레이 전지에 적용되는 경우, 최대 절환각과 최대 복굴절이 예상된다. 실질적으로 절환 역치 이하의 전압이 현재 적용되면, 디스플레이 전지는 더 작은 절환각과 더 낮은 복굴절을 갖는 쌍안정성 상태로 완화된다. 이 특성은 본 발명에 따른 디스플레이 전지의 특징이다.

본 명세서에서, 상기 액정전지는 본 발명의 다수의 가능한 구현예 중 오직 하나의 선택이라는 사실에 또한 주목해야 하고, 본 발명에 따른 디스플레이 전지는 투광과 굴절에서 모두 작동될 수 있고, 상응하게 형성될 수 있다는 사실에 주목해야 한다.

물론, 본 발명에 따른 디스플레이 전지는 채색된 디스플레이로 형성되기도 하고, 추가적으로 그리고 공지된 방법으로 이런 목적에 필요한 수단 및 칼라 필터를 갖출 수 있다.

이미 언급되었듯이, 본 발명에 따른 액정전지는 예를 들면 은행 및 신용카드에 집적시키는데 적합하다. 정보를 저장하고, 따라서 이와 같은 디스플레이 전지를 장착할 수 있는 다른 플라스틱 카드는, 예를 들면 신분증 카드, 시즌 티켓 등으로 유통된다.

최종적으로, 본 발명에 따른 액정전지의 또 다른 용도는 데이터 및 정보를 디스플레이 하기 위한 디스플레이 수단이며, 또한 백화점, 기차역 및 비행장에서 표지판으로 이용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 전지를 제조하기 위한 수단을 도식적으로 나타낸다. 연속 작동을 위해 필수적으로 고려되는 수단은 공급 유니트(101)이다. 이것은 액정 혼합물(103)을 함유하는 저장기(102)를 갖는다. 또한, 일정한 층 두께 d가 디스플레이 전지를 제조하는 동안 유지되는 것을 보장하는 물질(104)(예를 들면, 폴리머 비드)이 혼합물에 용해될 수 있다.

공급 유니트(101)는 가열된 롤러(105) 및 (106)을 포함하며, 두 개의 필름 웹(107) 및 (108)이 서로에 대해 깔대기와 같은 위치로 이들을 지나 통과된다. 액정 혼합물(103)은, 수직으로 아래 방향으로 롤러(106)를 지나 공급되고 교대로 상기 층을 갖는 필름 리브(107) 및 (108) 사이로, 연속적으로 제공될 수 있다. 롤러(106)의 회전 공정의 전단효과는 액정층을 추가 배향시키며, 램프(109)는 상기 논의된 중합을 일으킨다. 상기 유형의 다수의 디스플레이 전지는 제조된 필름 스트립으로부터 절단되어질 수 있고, 제공된 이 필름 스트립은 일정구획 미리 엠보스되고, 가장자리는 용접 또는 적층된다.

이와 같은 본 발명의 쌍안정성 액정전지는 디스플레이 전지의 필수적인 이점인, 즉 사용자의 보는 각도에 영향을 거의 받지 않고, 절환시간이 짧아지며 에너지원없이 데이터를 저장할 수 있는 이점을 가지며, 이미 공지된 쌍안정성 SSFCL 및 SBFCL 디스플레이 전지의 단점을 갖지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 액정전지는 예를 들면 은행 및 신용카드에 집적시키는데 적합하고, 또 다른 용도로는 데이터 및 정보를 디스플레이 하기 위한 디스플레이 수단이고, 또한, 백화점, 기차역 및 비행장에서 표시판으로 사용될 수 있다.

표 1

표 2

도 1은 쌍안정성 액정전지의 일부를 나타낸 투시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 유형의 액정전지의 개략도이다.

도 3은 액정전지를 포함하고 플라스틱으로 이루어진 디스플레이 수단을 제조하기 위한 장치의 개략도이다.

Claims (14)

1. 강유전성, 키랄 스메틱, 복굴절 액정층(21)과 편광체 수단을 갖는 쌍안정성 액정전지로서, 상기 전지(20)는 액정층(21)을 둘러싸고 각각에 액정층(21)의 분자를 향하는 표면구조가 제공되어 있는 한쌍의 수평판(22, 23) 및 전기장을 발생시키기 위한 전극(26, 27)을 가지며, 그리고 상기 액정층(21)은 층두께 d, 자발분극 P_s > 50nC/㎠ 및 포화된 절환각 α>45°을 가지고, 여기서 상기 액정층(21)은 중합된 분자를 함유하며, 상기 층 두께 d는 전지-유리상태에서 비중합된 액정층의 나선 피치 p보다 큰 것인 액정전지.
2. 제 1항에 있어서, 전압은 디렉터의 두 안정한 위치 사이에서 절환하기 위한 역치(

   

   値) 전압 U_s 이하로 떨어지지 않고, 여기서 두 개의 쌍안정 위치에 도달하기 위해 의도된 두 역치 전압 U_s의 크기는 서로 20% 이하의 차이가 나는 것인 액정전지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 실온에서 최대 2·10⁹Ωm, 바람직하기는 최대 10⁹Ωm인 비저항 ρ를 갖는 액정전지.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층(21)은 상기 전지를 형성하기 위해 빛과 교류 전기장에 의해 형성되고, 이런 방식으로 형성된 상기 액정층(21)은 상기 전지(20)의 형성 동안, 굴절 인덱스 타원면의 회전각과 복굴절성 크기 △n 둘다 AC 전압의 증가로 크게 변화되지 않을 때, 전기적으로 포화된 상태로 존재하며, 여기서 상기 형성된 상태에서 두 개의 쌍안정성 절환 상태는 포화된 절환의 경우 관찰되는 절환각 α보다 적어도 7° 작은 절환각 α을 둘러싸고, 여기서 두 개의 쌍안정성 상태의 복굴절성 크기 △n은 전기적으로 포화된 액정층의 경우에서 보다 적어도 5% 작은 것인 액정전지.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 서로 수직으로 배열된 두개의 편광체(24, 25)를 포함하는 액정전지.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층(21)이 1 내지 20 중량%의 중합된 화합물을 함유하는 액정전지.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 포화된 절환각 α가 50°보다 크고 바람직하기는 60°보다 큰 액정전지.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 두 개의 판(22, 23)이 선택적으로 유리 또는 유연한 플라스틱으로 이루어진 액정전지.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 액정전지의 제조방법으로, 상기 비중합된 상태의 강유전성 액정 화합물이 준비된 전지에 채워지고, 이 전지는 중합을 위해 동일한 강도의 빛으로 양면에서 조명되며, 대칭성 AC 전압이 중합공정동안 전지에 적용되는 것인 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 포화 전압의 진폭보다 최대 10% 적은 진폭과 약 0.1%의 중합반응이 일어나는 시간보다 짧은 기간을 갖는 AC 전압을 이용하는 것을 포함하는 제조방법.
11. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 액정전지를 포함하는 디스플레이 수단.
12. 제 11항에 있어서, 데이터와 정보를 디스플레이 하기 위한 보오드인 디스플레이 수단.
13. 상기 전지의 판이 유연성 있는 플라스틱으로 이루어지는, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 액정전지를 함유하는 카드.
14. 제 13항에 있어서, 상기 카드가 은행, 신용카드, 또는 패스 카드인 카드.

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