KR20000015916A - 반강유전성 액정 셀 - Google Patents

Abstract

고속응답, 광시야각 특성을 가지고, 또한 잔상 현상이 발생하지 않는 반강유전성 액정 셀을 제공한다. 상기 반강유전성 액정 셀은 한 쌍의 기판 사이에 반강유전성 액정 재료를 가지고 구성된다. 상기 평행 기판 사이에 채원진 반강유전성 액정 재료는, 반강유전성 액정 셀에 기준주파수를 변화시킨 정현 전압치를 인가한 때에, 반강유전성 액정 셀로부터 출력된 출력전압치를 푸리에 변환하여 얻어지는 복소유전율의 허수부가, 기준 주파수인 100Hz 내지 5kHz의 범위내에서, 최대값를 가지지 않도록 특성을 가진다. 바꾸어 말하자면, 이러한 특성은 복소유전율의 실수부와 허수부가 Cole-Cole 플롯에 의하여 그려질 때, 기준 주파수인 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서, 최대값를 가지지 않는 특징적인 곡선이 얻어지는 특징과 유사한 것이다.

Description

반강유전성 액정 셀

반강유전성 액정(AFLC : Antiferroelectric Liquid Crystals)은, 큰 자발분극 Ps를 가지는 것이 알려져 있다. 또한 반강유전성 액정을 한 쌍의 기판 사이에 가지는 반강유전성 액정 셀에서는 전압을 인가하지 않을 때, 반강유전성 액정분자가 공간적 배치, 즉 층을 형성하고, 그 층 사이에 서로 자발분극 Ps을 상쇄(cencel)하는 구조를 취하는 것이 알려져 있다. 1988년에 발견된 반강유전성 액정재료는 당초 종래의 네마틱액정을 사용한 모드와 비교하면, 잔상 현상(image sticking phenomenon), 즉 전압인가 전에 써넣은 정보가 액정 패널상에 잔존하는 현상이 발생하지 않는 모드를 실현할 수 있는 재료로서 소개되었다.

그 이후로, 이러한 특징을 살린 액정 패널을 만들기 위한 반강유전성 액정재료의 개발이 이루어져왔다. 지금까지는 고속응답성능을 확보하기 위하여 큰 자발분극 Ps를 가지는 반강유전성 액정재료와 그 브랜딩 기술의 개발에 힘을 쏟았고, 응답 특성을 비롯하여 반강유전성 액정을 사용한 액정 표시 패널의 표시특성은 크게 개선되었다.

그러나, 표시 특성이 양호한 반강유전성 액정을 사용하는 액정표시 패널의 개발이 진행됨에 따라, 반강유전성 액정재료의 특징의 하나인, 층의 스위칭에 기인하는 것으로 보이는 잔상 현상이 존재하는 것이 확인되었다. 그 때 이래 이 현상의 극복이 반강유전성 액정을 사용한 액정표시 패널의 큰 극복 과제가 되었다.

반강유전성 액정 셀을 이용하여 표시되고 구동되는 경우에는, 서로 편광축을 크로스 니콜(cross nicol)로 설정한 한 쌍의 편광판 사이에 반강유전성 액정 셀을 가지고, 한 쪽 편광판의 편광축이 무전계시의 평균적인 반강유전성 액정분자의 방향과 거의 일치하도록 편광판을 설정하는 방법이 있다. 이와 같이 편광판을 설정하면, 무전계시에는 흑표시를, 전압인가시에는 백표시를 써넣을 수 있는 반강유전성 액정패널이 얻어진다.

본 발명자 등은 이와 같은 반강유전성 액정 특유의 잔상현상을 예의 해석한 결과, 이 현상은 2종류가 있다는 것을 알아내었다. 즉, 2 종류의 현상은, 사전에 백표시를 기입한 영역에 흑표시를 새로 기입한 경우의 잔상 현상과, 그 정 반대로, 흑 표시를 기입한 영역에 백표시를 새로 기입한 경우의 잔상 현상이다. 환언하면, 반강유전성 액정의 계가 강유전상태가 유지된 후 생기는 잔상 현상이다. 본 발명자 등은, 이 잔상현상을 크게 지배하고 있는 액정 재료물성이 유전율 특성, 즉 주파수 분산특성인 것을 알아내었다.

그러나, 잔상 현상의 극복에는 또 한가지 큰 과제가 존재한다. 그것은, 양호한 반강유전성 액정 디스플레이장치를 제공하는 것, 환언하면, 반 강유전성 액정 모드의 특성인 고속응답, 광시야각 특성은 그대로 확보하여야 한다는 것이다.

본 발명은 반강유전성(antiferroelectric) 액정 셀에 관한 것으로, 특히 액정 디스플레이 장치 등에 사용되는 액정 셀에 반강유전성 액정을 사용하는 표시품질이 양호한 액정셀에 관한 것이다.

본 발명의 상기한 목적 및 다른 목적들, 특징, 장점 등은 첨부한 도면에서 도시한 실시예들과 함께 아래에서 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 반강유전성 액정 셀의 원리 구성도이다.

도 2는, 본 발명의 반상 유전성 액정 셀에 인가하는 입력 전압의 파형을 도시하는 파형도이다.

도 3은, 도 2의 입력파형을 본 발명의 반강유전성 액정 셀에 인가한 때의 출력 파형을 도시하는 파형도이다.

도 4는, 반강유전성 액정 패널에 전압을 인가한 때의 패널의 전압 일투과성을 도시하는 도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서는 사용한 실험회로를 도시하는 도이다.

도 6A는, 본 발명의 실시예로부터 얻어지는 복소유전율의 실수부의 주파수 의존성을 도시하는 도이다.

도6B는, 본 발명의 실시예에서 얻어지는 복소유전율의 허수부의 주파수 의존성을 도시하는 도이다.

도 7은, 본 발명의 실시예에 의하여 얻어지는 복소유전율의 실수부와 허수부의 주파수에 따른 Cole-Cole 플롯(Cole-Cole Plot)이다.

도 8A는, 본 발명에는, 속하지 않는 비교예에서 얻어지는 복소유전율의 실수부의 주파수 의존성을 도시하는 도이다.

도 8B는, 본 발명에는 속하지 않는 비교예로부터 얻어지는 복소유전율의 허수부의 주파수 의존성을 도시하는 도이다.

도 9는, 본 발명에는 속하지 않는 비교예로부터 얻어지는 복소유전율의 실수부와 허수부의 주파수에 따른 Cole-Cole 플롯이다.

도 10은, 본 발명의 실시예 1과 비교예의 반강유전성 액정 셀을 이용하여 만든 액정 표시 패널에 있어서 흑 잔상 상태를 비교하여 도시하는 도이다.

도 11은, 본 발명의 다른 예에서 사용한 실험회로를 도시하는 도이다.

도 12는, 본 발명에 따른 도 11의 실시예로부터 얻어지는 복소 유전율의 실수부와 허수부의 주파수에 따른 Cole-Cole 플롯이다.

도 13은, 본 발명에는 속하지 않는 비교예로부터 얻어지는 복소 유전율의 실수부와 허수부의 주파수에 따른 Cole-Cole 플롯이다.

먼저, 본 발명의 원리구성을 도 1을 들어 설명한다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 원리구성은, 전극 1A, 1B를 각각 구비한 한 쌍의 기판 (1)사이에 반강유전성 액정재료(2)를 가지고 이루어지는 반강유전성 액정 셀(3)에 있다. 본 발명의 특징은 반강유전성 액정 재료(2)가 반강유전성 액정 셀(3)의 전극 1A, 1B간에 기준 주파수를 변화시킨 정현전압을 인가하고, 반강유전성 액정 셀에 의하여 출력된 전력전압값을 푸리에 변환하여 얻어지는 복소유전율의 허수부가, 기준주파수 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서, 최대값를 가지지 않는 특성을 구비한 반강유전성 액정재료를 사용한 것을 특징으로 하는 것이다.

반강유전성 액정을 이용한 구동모드의 특징은, (1) 안정상(stable phase)로서의 반강유전상과 (2) 준안정상으로서의 강유전상 사이의 상 전이과정을 이용하는 것이다. 반강유전성 액정 패널의 백기입(white write)은, 전압을 인가하여 표시를 반강유전상으로부터 강유전상으로 상 전이시키는 것을 가리키고 있다. 그러나, 반강유전성 액정을 강유전상으로 오랫동안 유지시키면, 통상의 강유전상 특유의 잔상 현상이 유발될 우려가 있다. 강유전성 액정의 잔상현상의 원인으로는, 액정 분자의 자발분극에 기인하는 내부 전계를 따라 불순물 이온이 배향막(alignment layer)으로 확산, 흡착하고, 실효 기입 전계(effective write field)가 인가되지 않게 하는 것으로 알려져 있다. 한편, 반강유전상의 액정 구동하에서도, 강전계가 작용하는 백기입영역에서는, 통상의 강유전성 액정과 유사한 잔상현상의 방지책과, 그 한계치를 알 필요가 있다.

강유전성 액정을 이용한 패널에 있어서, 지금까지 알려진 잔상 방치책의 파라미터로서 자발분극량 Ps, 전기전도도 σ 등을 들 수 있으나, 본 발명에 있어서도 이러한 파라미터를 중심으로 검토하였다. 본 발명자 등은, 잔상 현상에 관련한 재료의 최적화의 관점에서, 이러한 관계를 보다 분명하게 하기 위하여 고주파를 포함한 유전율 측정을 하고, 재료특성 상호간의 관련을 정하였다.

유전율을 측정하는 수단의 원리는 종래부터 알려져 있으며, 강유전성 결정, 또는 반강유전성 액정의 유전율을, 고주파성분을 포함하여 해석한 예는 다수의 간행물에 의하여 보고되어 있다. (예를 들면, Jpn. J. Appl. Phys 32, (1993) 4571 Liq. Cryst., 14(1993) 427 ; Kimura와 Hayakawa, J. Phys. Soc. Jpn, 64 (1995) 3188, Solid Physics 31(1996) 459: Orihara와 Ishibashi 그룹 등). 이 기법의 특징은 강유전성 액정 또는 반강유전성 액정에 단일 주파수의 정현 전압을 인가하고, 이 때에 검출되는 기본파 및 고주파 성분을 측정, 해석하는 것이다. 본 발명자 등은, 이 고주파 성분에 중점을 두면서 잔상 현상에 특히 관련된 특성을 추출하는 실험을 하였다.

이 유전율을 측정하는 방법에 대하여 아래에 원리와 함께 상세하게 설명한다.

교류전압을 입력전압으로서 시료에 인가한 때의 전력전압의 파형을 생각할 때, 출력전압의 파형을 평가하는 방법으로서, 측정 결과를 시간축에서 관찰하는 방법과 주파수영역에서 관측하는 방법이 있다. 이 두가지 방법은 서로 변환을 실시함으로써 시간축을 주파수축에 또는 그 역으로 변환할 수 있다. 이러한 변환으로서, 푸리에 변환이 잘 알려져 있다. 또한, 이 변환을 극도의 고속으로 실시하는 고속 푸리에 교환(FFT: Fast Fourier Transform)도 알려져 있다.

이 유전율 측정의 원리에 대하여 아래에 설명한다. 유전율을 ε, 전계를 E, 자발분극량을 Ps로 하면, 전속밀도 D는 아래의 ①식으로 표시된다.

D = εE + Ps … ①

한편, 전속밀도D는 단위 면적당 전하량 q이므로, 면적을 이미 알고있는 유전체에 전계 E를 인가하고, 그 때의 용량 C를 측정함으로써 유전율 ε를 결정할 수 있다. 따라서, 전속밀도 D는 ①식을 이용하여 아래의 ②식으로 나타내어진다.

D = q = C·V = εE +Ps …②

이것에 의하여 유전율 ε는 아래의 ③식으로 나타내어진다.

ε = q/E -Ps/E …③

반강유전성 액정의 경우 자발분극량 Ps는 인가전압이 적을 때는 한없이 0에 가까운 값으로 인정되므로, ③식의 우변 제 2항은 0으로 본다. 따라서 이로부터 유전율 ε는 전계 E와 전하 q에 대한 비로써 정의된다. 이 자발 분극량 Ps가 한없이 0에 가까워지는 인가전압범위는 반강유전성 액정재료에 의존한다. 따라서, 유전율 측정 시에는, 전계 E와 전하 q가 직선관계를 유지하는 범위인 것을 측정대상으로 하는 재료마다 확인하여야 한다.

교류전장을 이용한 측정을 실시할 때 고려하여야할 항목으로서, 손실, 즉 입력 프로브(probe) 신호(입력 전압)에 대한 출력신호(출력전압)의 상대적 지연이 있다. 일반적으로 극성분자에 전계를 작용시킬 때에는 분극이 유발된다. 특히 분자가 전계방향을 따라 회전하는 결과, 새로 발생하는 쌍극자 모멘트의 합으로써 주어지고, 분자회전시에는 주위의 분자와의 충돌에 의하여 여러가지 저항을 받는다. 따라서 교류 전장 하에서는 분극은 전계에 대하여 δ만큼 위상이 지연되고, 전력 손실이 발생한다. 이러한 내용을 도면을 이용하여 설명한다.

도 2에 시간축을 따라 점선을 이어 그린 입력 전합의 파형(구동주파수 100Hz의 정현 파형)을 도시한다. 도 3에 도 2에 도시된 입력전압을 시료에 인가하고, 시간축상에 측정된 출력전압의 파형을 도시한다. 도 2의 입력전압의 파형의 t=0에 대하여 도 3의 출력 전압의 파형이 t=0에 있어서 바로 이어지며, 출력 전압 파형이 제로를 지나가는 시간 To는, 입력전압의 파형이 제로를 지나는 시간 Ti에 일치하고 있다. 그러나, 실제의 측정에 있어서 전력전압의 파형에 있어서는, 전술한 바와 같이 시간적인 지연이 발생하고 있다. 이 지연은 위상항(phase term) 또는 손실항(loss term)으로 불리며, 이러한 현상을 표현하기 위하여, 통상적으로 전기회로에서 이루어지는 바와 같은 복소수 표현을 이용한다. 구체적으로는 유전율 ε를 아래의 ④식으로 표시하고, 손실항을 허수항에 포함하여 논의한다.

ε = ε′+ Iε″ … ④

상기 식에서 복소유전율의 실수부 ε′가 교류유전율을 나타내고, 허수부 ε″가 유전손실을 나타낸다. 또한 유전손실의 교류유전율에 대한 비율이, 유전탄젠트(tan δ)로 나타내게 된다. 출력전압의 파형에 대하여 고속 푸리에 변환을 실시하면, 그 결과는 복소수로 표현되므로, 실수부, 허수부의 값은 그대로 복소수 유전율의 실수부 ε′,허수부ε″를 표현하는데 사용할 수 있다. 그러므로 실수부 및 허수부를 함께 주목하고, 복소 유전율 ε′및 ε″의 주파수 의존성을 나타내는 그래프 및, 실수부 ε′을 횡축에, 허수부 ε″를 종축에 그린 그래프를 따로 얻을 수 있다. 특히, 이 (ε′, ε″)의 관계를 나타낸 도는, Cole-Cole 플롯으로 알려져 있다. 통상적으로 유전율은 대수 눈금의 주파수 의존성(주파수 분산이라고도 함)을 선형 눈금의 Cole-Cole 프롯 중 어느 하나 또는 양쪽을 이용하면서 평가한다.

본 발명에서는 고속응답, 광시야각 특성을 가지고, 또한 잔상현상이 발생하지 않는 반강유전성 액정 셀을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반강유전성 액정 셀은 한 쌍의 기판 사이에 반강유전성 액정재료를 가지고, 기준 주파수를 변화시킨 정현전압을 반강유전성 액정 셀에 인가할 때, 반강유전성 액정 셀에 의하여 출력된 전력전압값을 푸리에 변환하여 얻어지는 복소유전율의 허수부가, 기준주파수 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서 최대값를 가지지 않는 특성을 구비한 반강유전성 액정재료를 사용한 것을 특징으로 하고 있다.

이 특성은, 복소유전율의 실수부와 허수부를 기준주파수마다 Cole-Cole 플롯(plot)으로 점을 이어 그리면, 기준주파수가 100Hz 내지 5kHz의 영역에서 최대값를 가지지않는 곡선이 얻어지는 특성이다.

또한, 아래의 화학식(1), (2), (3) 및 (4)로 나타내어지는 화합물을 혼합하여 이루어지는 반강유전성 액정조성물을 반강유전성 액정으로서 사용할 수 있다. 이 경우, 반강유전성 액정은, (1)으로 표시되는 화합물을 52.5몰%, (2)로 표시되는 화합물을 22.5몰%, (3)로 표시되는 화합물을 15몰% 및 (4)로 표시되는 화합물을 22.5몰%을 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.

반강유전성 액정의 패널 특성 측정법에 대하여, 도 4를 참조하여 간략하게 설명한다. 반강유전성 액정 패널에 전압을 인가하면, 반강유전성 액정 분자의 상 이전과정(분자재배열)을 수반하고, 패널의 투과특성은 도 4에 도시하는 바와 같이 히스테리시스 특성을 나타내고, 특히 매트릭스 구동에 있어서 패널 특성은 선택 인가 전압Vs와 유지 전압 Vb, 및 그 인가 시간과의 조합에 의하여 결정된다.

먼저, 콘트라스트 특성에 대하여 정의한다. 콘트라스트 특성은, 전압을 충분히 인가한 강유전상태에서의 투과율 Tw(백상태)과 반강유전상태에 있어서 투과율, 환언하면, 인가전압 0에서의 투과율 Tb(흑상태)의 비율로 정의된다. 이 비율는 사람의 가시성(visibility)을 향상시키는 중요한 특성 중 하나이고, 클수록 좋은 것으로 알려져 있다.

다음으로, 응답특성에 대하여 개략적으로 설명한다. 반강유전성 액정의 반응특성은 반강유전상(AF)로부터 강유전상(F)로의 전계 유기상 이전 시간 tAF와, 역으로 강유전상(F)으로부터 반강유전상(AF)으로 이전하는 시간 tFA로 이루어진다. 본원에서는 시간 tFA와 시간 tAF이라는 두 가지 시간에 주목하였다. 특히, 강유전상(F)로부터의 반강유전상(AF)로의 변화시의 광학 특성과 백 잔상, 반대로, 반강유전상(AF)으로부터의 강유전상(F)로의 변화시에서의 광학특성과 흑 잔상를 관련시켜, 잔상와 응답특성의 상관관계를 상세하게 조사하였다.

단일 주파수의 정현전압을 인가하고, 이 때 검출된 출력전압의 기본파 및 고주파 성분을 측정하기 위하여, 도 5에 도시하는 바와 같은 회로를 작성하였다. 이 회로에서는 액정 셀(4)에 표준용량 Cref를 가진 콘덴서(5)를 직렬로 접속하고, 이 직렬회로를 교류전압원(6)에 접속하였다. 또한, 콘덴서(5)의 한쪽 끝을 접지하고, 콘덴서 (5)의 양단의 전압을 측정하였다.

도 5에서 사용한 액정 셀(4)의 기본구성은, 도 1에서 설명한 반강유전성 액정 셀 (3)과 같다. 기판에 대하여 다시 상세하게 설명하면, 도 5에서는 배향막으로서 폴리이미드를 목표 막 두께 300 × 10-10m의 두께로 스핀 코팅한(spin-coated) 글래스 기판을 광학적 행로길이가 100nm 내지 800nm이 되도록 설정하면서, 2장 겹친 것을 이용하였다. 광학적 행로길이가 800nm으로 되도록 설정하면서, 2장 겹친 것을 이용하였다. 광학적 행로 길이가 800nm보다 길어지면, 액정 셀(4)에서 표시를 한 때에 색부착이 발생하거나, 고구동전압이 필요하게 된다. 따라서, 광학적 행로길이는 100nm 내지 800nm의 범위가 실용에 적합한 범위이었다. 따라서, 미리 약 100℃로 액정 셀(4)을 예비가열하여두고, 이 후에 진공 주입법을 이용하여 반강유전성 액정재료를 액정 셀(4)에 주입하였다.

(실시예1)

액정 셀(4)에 주입한 반강유전성 액정재료로서, 다음에 도시하는 바와 같은 구조의 액정을 사용하였다.

이 경우, 반강유전성 액정은, 화학식(1)로 표시되는 화합물을 52.5몰%, 화학식(2)로 표시되는 화합물을 22.5몰%, 화학식(3)으로 표시되는 화합물을 15몰% 및 화학식(4)로 표시되는 화합물을 22.5몰%씩 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.

화학식 1

화학식 2

화학식 3

화학식 4

이 때, 액정 셀 (4)의 캡 두께는 1.7 내지 1.9μm로 제어하고, 광학적 광로 길이를 약 220nm 로 설정한 후, 도 5에 도시하는 바와 같이 이 액정 셀(4)을 배치하고, 유전율 측정을 하였다. 즉, 콘덴서(5)의 양단에 나타내는 미소 전압δV를 검출하였다. 특히, 콘덴서 (5)의 표준용량 Cref에 대하여는, 액정 셀(4)의 용량(Clc)의 값 500 내지 1000배로 설정하고, 인가전압의 대부분이 액정 셀(4)의 액정층에 인가되도록 설정하였다. 이 때 액정 셀(4)에 유입하는 전하 △q는 식,

△q = δ·V·Cref

로 계산할 수 있게 된다. 액정 셀(4)에 피크전압을 일정하게 한 정현전압을 교류전압원(6)으로부터 인가하고, 순차적으로, 정현 전압의 기준주파수를 변화시키면서, 그 때의 유입전하 △q의 변화를 측정하였다. 이 때 얻어진 출력전압의 1주기분을 전술한 바와 같이 푸리에변환함으로써, 얻어진 복소수의 실수부(복소유전율의 실수부 ε′)와 허수부(복소유전율의 허수부 ε″)로부터, 기본파 및 고주파의 성분 분석을 하였다.

다음으로, 복소 유전율의 실수부 ε′및 허수부 ε″양쪽을 모두 주목하면서, 이러한 값을 주파수를 횡축으로 하여 그 특성을 조사하였다. 도 6A에 복소 유전율의 실수부 ε′의 주파수 의존성을 도시하고, 도6B에 복소 유전율의 허수부 ε″의 주파수 의존성을 도시한다. 도 6A의 ○는 실수부 ε′의 주파수 의존성을 나타내고, 도6B의 □는 허수부 ε″를 나타낸다. 도 6B의 복소유전율의 허수부 ε″의 주파수 특성에 주목하면, 복소유전율의 허수부 ε″는, 기준주파수가 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서 거의 일정한 값으로 추이하고 있으나, 보다 상세하게 보면, 주파수 1kHz를 최소값으로 하는 곡선으로 되어 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 6A의 실수부 ε′을 횡축으로, 허수부 ε″를 횡축으로 그린Cole-Cole 플롯을 작성하면, 도 7에 도시하는 바와 같은 특성을 얻을 수 있다. 이때 도중의 기본주파수가 100Hz 내지 5kHz의 값에 주목하면, 이 특성은, 최대값를 가지지 않는 거의 평평한 곡선이 된다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 액정 셀(4)을 반강유전성 액정 패널로서 구동 표시되면, 잔상 현상이 발생하지 않는 양호한 표시가 얻어졌다.

(비교예)

실시예 1과 동일한 액정 셀(4)을 만들고, 도 5에서 이용하는 회로를 사용하여, 유전율 측정을 실시하였다. 단, 액정 셀(4)에 주입하는 반강유전성 액정재료로서는, 실시예 1과는 다른 다음에 도시하는 바와 같은 구조의 반강유전성 액정재료를 사용하였다.

화학식 1

화학식 2

화학식 3

측정은 실시예 1과 동일한 기준주파수를 변화시키면서 실시하였다. 도 8(a)에 복소유전율의 실수부 ε′의 주파수 의존성을 도시하고, (b)에 복소유전율의 허수부 ε″의 주파수 의존성을 도시한다. 도8(a)의 ○이 실수부 ε′의 주파수 의존성을 도시하고, (b)의 □가 허수부 ε″를 도시하고 있다. 도8(b)의 복소유전율의 허수부 ε″의 주파수 특성에 주목하면, 복소유전율의 허수부 ε″는, 기준주파수가 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서 최대값과 최소값을 가진 곡선으로 되어 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 8(a)의 실수부 ε′의 횡축에, 허수부 ε″를 종축으로 그린 Cole-Cole 플롯을 작성하면, 도 9에 도시하는 바와 같은 특성이 얻어진다. 이 때, 도중의 기준주파수가 100Hz 내지 5kHz의 값에 주목하면, 이 특성은, 300Hz 부근에 최대값를 가진 곡선으로 되어 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 액정 셀(4)을 반강유전성 액정 패널로서 구동표시하면, 잔상현상이 발생하여, 양호하다고는 할 수 없는 표시 품질을 가지고 있었다.

도 10은, 실시예 1과 비교예의 반강유전성 액정 셀을 사용하여 작성한 액정표시 패널에 있어서 잔상 현상을 평가하기 위하여 실시한 실험의 결과를 나타내는 것이다. 이 실험에서는, 실험예 1과 비교예의 반강유전성 액정 셀을 이용하여 작성한 액정 표시패널 각각에 대하여, 최초로 백을 기입한 후, 흑을 기입한 시의 투과광 강도의 시간에 대한 변화 A와, 흑을 기입한 후에 다시 흑을 기입한 때의 투과광 강도의 시간에 대한 변화 A와 흑을 기입한 후에 다시 흑을 기입한 때의 투과광 강도의 시간에 대한 변화 B를 구하여 점선을 이어 그렸다.

도 10에 있어서 실선으로 도시하는 특성이 본 발명의 실시예 1의 반강유전성 액정 셀을 이용한 액정 표시 패널의 경우의 투광광 강도 특성을 도시하고 있고, 파선으로 도시하는 특성이 비교예의 반강유전성 액정 셀을 이용한 액정 표시 패널의 경우의 투과광 강도 특성을 나타내고 있다.

파선에서 나타낸 특성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 반유전성 액정 셀을 이용한 액정 표시 패널에서는, 변화 A와 변화 B에 있어서 흑의 투과율이 달라, 흑의 상태가 달라진다. 한편, 본 발명의 실시예 1의 반유전성 액정 셀을 이용한 액정표시 패널에서는, 변화 A와 변화 B에 있어서 흑의 투과율이 같다. 즉, 본 발명의 실시예 1의 반유전성 액정 재료를 이용할 수 있음에 의하여 흑을 기입하기 전의 상태가 흑이든, 백이든, 최종적으로는 동일한 흑의 상태에 빠진다는 것을 알 수 있고, 상의 잔존이 회피되고 있다는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

도 11은 본 발명의 다른 예에서 사용한 실험회로를 도시하는 도이다. 실시예 1에서는 그 프로세서에서 기본파와 고주파 성분을 측정하기 위하여DC 바이어스의 단일 주파수의 정현전압을 액정 셀(4)에 인가하고, 도 5에 도시한 회로를 만들었다. 이와 비교하여 실시예 2의 실험회로에서는 표준용량 Cref를 가진 콘덴서(5)가 액정 셀(4)과 연결되고, 이어서 DC 전원공급기(7)와 연결되어 DC 전원 공급기(7)에서 나온 바이어스 전압이 콘덴서(5)에 인가된다. 이 바이어스 전압은 액정 셀(4)의 DC 문턱을 제공하는 약20V의 1/5이상, 즉 4V를 넘지않는다. 이 실시예에서 전압은 1V의 바이어스 전압이다. 이 연속 회로는 교류전압원(6)의 일단에 접속되고, DC 전원공급기(7)의 음극은 다른 단부에 접지된다. 그 후 콘덴서(5)를 거쳐 전압 δV가 측정된다.

한편, 도 11에 사용되는 액정 셀의 기본 구성은 도 1에서 설명한 반강유전성 액정 셀(3)의 배열과 동일하며, 그 후 반강유전성 액정 재료를 예열된 액정 셀(4)에 진공 주입기법을 이용하여 주입한다.

실시예 1에서와 같이 도 11의 회로를 이용하여 콘덴서(5)의 양단에 나타나는 미소 전압 δV가 검출되어 유전율을 측정한다. 보다 상세하게는, 콘덴서(5)에 인가된 1V의 바이어스 전압을 가지고, 액정 셀(4)에 피크전압을 일정하게 한 정현전압을 교류전압원(6)으로부터 인가하고, 순차적으로, 정현 전압의 기준주파수를 변화시키면서, 그 때의 유입전하 △q의 변환을 측정하였다.

그 결과 얻어진 출력전압의 1주기분을 전술한 바와 같이 푸리에 변환함으로써, 얻어진 복소수의 실수부(복소유전율의 실수부ε ′)와 허수부(복소유전율의 허수부 ε″)로부터, 기본파 및 고주파의 성분을 분석하였다.

다음으로, 복소 유전율의 실수부 ε′및 허수부 ε″양쪽을 모두 주목하면서, 이러한 값을 주파수를 종축으로 하여 그 특성을 조사하였다. 복소 유전율의 실수부 ε′의 주파수 의존성과 복소 유전율의 허수부 ε″의 주파수 의존성이 측정되고, 실수부 ε′는 횡축을 따라 점을 이어 그리고, 허수부 ε″는 종축을 따라 그려 Cole-Cole 플롯을 그렸다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같은 특징을 얻었다.

이 때 도중의 기본주파수가 500Hz 내지 5kHz의 값에 주목하면, 이 범위에서의 주파수 의존성은 거의 평평한 곡선이 된다는 것을 알 수 있다. 상기 범위에서의 기준 주파수의 값은 도 12에서 100Hz를 넘지 않으며, 한편, 이 범위의 주파수 의존성은 최소값을 가지지 않는다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 액정 셀(4)을 반강유전성 액정 패널로서 구동 표시되면, 잔상 현상이 발생하지 않는 양호한 표시가 얻어졌다.

(비교예)

실시예 1과 동일한 액정 셀(4)을 만들고, 도 11에서 이용하는 회로를 사용하여, 유전율 측정을 실시하였다. 상기 측정은 실시예 2에서와 같이 기준 주파수가 변화시키면서 실시되었다.

실시예 2에서와 마찬가지로 복소 유전율의 실수부 ε′및 허수부 ε″의 값을 주파수를 횡축으로 하여 그 특성을 조사하였다. 복소 유전율의 실수부 ε′의 주파수 의존성과 복소 유전율의 허수부 ε″의 주파수 의존성이 측정되고, 실시예 2에서와 마찬가지로 실수부 ε′는 횡축을 따라 점을 이어 그리고, 허수부 ε″는 종축을 따라 그려 Cole-Cole 플롯으로 그렸다. 도 13에 도시되어 있는 바와 같은 특징을 얻었다.

이 때 도중의 기본주파수가 100Hz 내지 5kHz의 값에 주목하면, 이 범위에서의 주파수 의존성은 약 300Hz에서 최대값을 가지는 곡선이 된다는 것을 알 수 있다. 한편, 기준 주파수의 값은 도 중에서 100Hz를 넘지 않으며, 한편, 이 범위의 주파수 의존성은 약 30Hz에서 최소값을 가진다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 액정 셀(4)을 반강유전성 액정 패널로서 구동 표시되면, 잔상 현상이 발생하였다. 그러므로 표시품질은 양호하다고 볼 수 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 반강유전성 액정 재료를 이용하여 반강유전성 액정 셀을 작성함으로써, 반강 유전상에 있어서도 강유전상에 있어서도 아래의 이점을 얻을 수 있다.

(1) 잔상 현상을 방지할 수 있다.

(2) 고속 응답 특성을 그대로 유지할 수 있다.

(3) 광시야각의 특성이 그대로 유지될 수 있다.

(4) 고 콘트라스트 특성이 그대로 유지될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고속 응답, 광시야각 특성을 가지고, 또한 잔상 특성이 발생하지 않는 반강유전성 액정 셀을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 한 쌍의 기판 사이에 반강유전성 액정재료를 가지는 반강유전성 액정 셀로서,

   상기 반강유전성 액정재료는,

   상기 반강유전성 액정 셀에 기준 주파수를 변화시킨 정현 전압치를 인가한 때에, 상기 반강유전성 액정 셀로부터 출력된 출력 전압값을 푸리에 변환하여 얻어진 복소유전율의 허수부가, 상기 기준 주파수의 100Hz 내지 5kHz의 범위 내에서, 최대값을 가지지 않는 특성을 구비한 반강유전성 액정재료를 사용한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정 셀.
2. 제 1 항에 기재된반강유전성 액정 셀로서, 상기 특성은, 상기 복소유전율의 실수부와 허수부를 상기 주파수마다에 Cole - Cole 플롯(plot)에 의하여 그려질 때에, 상기 기준 주파수가 100Hz 내지 5kHz의 영역에 있어서, 최대값를 가지지않는 곡선이 얻어지는 특성인 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정 셀.
3. 제 1 항 또는 2 항에 기재된 반강유전성 액정 셀로서,

   상기 반강유전성 액정으로서, 아래의 화학식(1), (2), (3), 및 (4)로 표시되는 화합물을 혼합하여 이루어지는 반강유전성 액정 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정 셀.

   [화학식 1]

   [화학식 2]

   [화학식 3]

   [화학식 4]
4. 제 3 항에 기재된 반강유전성 액정 셀로서,

   상기 반강유전성 액정이, 상기 (1)에서 표시되는 화합물을 52.5몰%, 상기(2)에서 표시되는 화합물을 22.5몰%, 상기 (3)에서 표시되는 화합물을 15 몰%, 및 상기 (4)에서 표시되는 화합물을 22.5몰 %씩 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정 셀.