KR20070100804A - 액정 표시 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투광성을 갖는 한 쌍의 전극을 구비한 한 쌍의 기판과, 이 한 쌍의 기판 사이에 배치된 콜레스테릭상을 나타내는 액정 조성물로 이루어지는 액정층과, 이 액정층을 전극으로부터 절연하기 위한 적어도 1층의 절연성 박막의 조합을 1 세트 이상 갖고, 절연성막의 정전 용량이 10 μF 이하이고, 액정층의 층 두께가 2 내지 5 ㎛의 범위에 있고, 액정 조성물의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있다. 본 발명에 의해, 반영구적인 표시 유지 기능(메모리성)이나 선명한 컬러 표시, 고콘트라스트, 고해상성과 같은 우수한 특징을 갖는 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도 중 어느 하나를 실현할 수 있다.

액정 표시 소자, 콜레스테릭 액정

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT}

본 발명은 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.

최근, 각 기업ㆍ대학에서 전자 페이퍼의 개발이 활발히 진행되고 있다. 전자 페이퍼가 기대되고 있는 응용 시장으로서는, 전자 서적을 필두로서, 모바일 단말의 서브 디스플레이나 IC 카드의 표시부 등, 다용한 응용 형태가 제안되어 있다.

이 전자 페이퍼의 유력한 방식 중 하나로 콜레스테릭 액정이 있다. 콜레스테릭 액정은, 반영구적인 표시 유지 기능(메모리성)이나 선명한 컬러 표시, 고콘트라스트, 고해상성과 같은 우수한 특징을 갖고 있다.

콜레스테릭 액정은 키랄 네마틱 액정으로도 불리는 경우가 있으며, 네마틱 액정에 키랄성의 첨가제(키랄제라고도 함)를 비교적 많이(예를 들면 수십 중량％ 정도) 첨가함으로써, 네마틱 액정의 분자를 강하게 나선상으로 비튼 상태(콜레스테릭상이라고도 함)로 하여, 입사광을 간섭 반사하도록 한 액정으로서 얻을 수 있다.

이어서, 콜레스테릭 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 표시ㆍ구동 원리를 나타낸다. 콜레스테릭 액정은, 그 액정 분자의 배향 상태에서 표시의 제어를 행한다. 콜레스테릭 액정의 배향 상태에는, 도 1과 같이 입사광 (1)을 반사하는 플래너 상태 (2)와, 입사광 (1)을 투과하는 포컬 코닉 상태 (3)이 있으며, 이들은 무전 계하에서도 안정적으로 존재한다. 반사광 (4)는 사람의 눈 (5)에 들어간다.

플래너 상태일 때에는, 액정 분자의 나선 피치에 따른 파장의 빛을 반사한다. 반사가 최대가 되는 파장 λ는, 액정의 평균 굴절률 n, 나선 피치 p로부터 하기의 수학식 1로 표시된다. 횡축에 파장, 종축에 빛의 반사율을 취한 경우의 반사율 피크의 반가폭인 반사 대역 Δλ는 액정의 굴절률 이방성 Δn에 따라 커진다. 즉, Δn이 커질수록 표시가 밝아진다.

λ=nㆍp

이에 비해 포컬 코닉 상태에서는 빛이 콜레스테릭 액정을 투과하기 때문에, 액정층 후에 광 흡수층을 설치함으로써 빛의 반사를 방지하여, 흑색을 표시시킬 수 있다.

도 2A, B에, 콜레스테릭 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 구동예를 나타낸다. 콜레스테릭 액정에 강한 전계를 부여하면, 액정 분자의 나선 구조가 완전히 풀어져, 모든 분자가 전계의 방향에 따르는 호메오트로픽 상태가 된다. 이 조작에서는 액정의 열화를 방지하기 위해, 도 2A의 부호 21로 나타낸 바와 같이, 교류가 인가된다. 이 전압이 플래너 상태를 얻기 위한 구동 전압이다. 이어서, 호메오트로픽 상태로부터 급격히 전위를 0(도 2A에서는 부호 22로 나타냄)으로 하면, 액정의 나선축이 전극에 수직이 되고, 나선 피치에 따른 빛을 선택적으로 반사하는 플래너 상태가 된다. 또한, 본 도면에서는, 모든 경우에 대하여 구형파를 사용했지만, 파형은 이것으로 한정되지 않으며, 다양한 파형을 조합할 수도 있다.

한편, 콜레스테릭 액정에 액정 분자의 나선 구조가 풀리지 않을 정도의 약한 전압(이 전압이 포컬 코닉 상태를 얻기 위한 구동 전압임)을 부여한(도 2B에서는 부호 23으로 나타냄) 후에 전압을 제거한 경우(도 2B에서는 부호 24로 나타냄), 또는 큰 전압을 가하여 천천히 전압을 낮춘 경우에는, 액정의 나선축이 전극에 평행해져, 입사광을 투과하는 포컬 코닉 상태가 된다. 또한, 중간적인 강도의 전압을 부여하여, 급격히 제거하면 플래너 상태와 포컬 코닉 상태가 혼재하고, 중간조의 표시가 가능해진다. 콜레스테릭 액정에서는, 이들 현상을 이용하여 정보의 표시를 행하는 것이다.

액정의 응답 속도는 점도가 낮을수록 빨라지고, 액정의 두께(셀 간격)가 작을수록 빨라진다고 알려져 있다. 콜레스테릭 액정의 경우도, 점도가 낮을수록 전압을 가했을 때 신속히 호메오트로픽 상태에 응답한다. 즉, 점도가 낮을수록 짧은 펄스폭(펄스 인가 시간)으로 플래너 상태로 할 수 있게 되며, 그 결과 구동 전압을 저하시키는 것이 가능해진다.

반대로, 점도가 높으면 호메오트로픽 상태가 될 때까지의 시간이 길어진다. 그 때문에, 플래너 상태를 실현하기 위해서는 전압을 가하는 시간을 길게 하거나, 전압을 높게 할 필요가 있다. 또한, 점도가 높아지면 충분한 포컬 코닉 상태가 되지 않고, 그 때문에 투과율이 저하되어 산란성이 증가한다.

이러한 사정으로부터, 저온시에 액정 표시 소자를 구동하면 원하는 콘트라스트가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 액정 조성물의 점도는 저온이 될수록 상승하는 것이 일반적이지만, 이 점도의 상승을 최대한 억제하는 것도 구동면ㆍ표시 품 위 면에서 중요하다.

도 3에, 플래너의 초기 상태로부터 포컬 코닉 상태로 이행하는 경우에 대한 전압 응답 특성을 실선으로 나타내고 있다. 횡축은 구동 전압을 인가하고, 이어서 인가를 정지하는 일련의 조작(예를 들면 도 2A, B의 부호 21, 23의 조작)에서의 구동 전압의 절대값을 의미한다. 예를 들면 구동 전압이 +32 V와 -32 V의 조합인 경우에는 32 V를 의미한다. 이하, 구동 전압의 절대값을 간단히 구동 전압이라고 하는 경우도 있다. 초기의 플래너 상태 영역 (31)에서는 액정이 빛을 반사한다. 이후, 펄스 전압(즉 구동 전압)의 절대값을 0 V부터 높이면, 전이 상태 영역 (32)를 거쳐 포컬 코닉 상태 영역 (33)이 되고, 이 값을 더욱 높이면, 전이 상태 영역 (34)를 거쳐 플래너 상태 영역 (31)로 변화한다.

이에 비해, 포컬 코닉의 초기 상태로부터 플래너 상태로 이행하는 경우에 대해서는, 도 3의 점선으로 나타낸 바와 같이, 초기 상태의 포컬 코닉 영역 (35)에서는 액정이 빛을 투과하고, 그 후 펄스 전압의 절대값을 높이면, 전이 상태 영역 (36)을 거쳐 플래너 상태 영역 (31)로 변화한다.

또한, 콜레스테릭 액정의 두께(셀 간격)는 2 ㎛ 이상이면 어느 정도의 밝기를 나타내지만, 보다 두꺼울수록 플래너 상태에서의 밝기가 향상된다. 이 때문에, 일반적으로 셀 간격은 두꺼운 것이 바람직하다.

콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자는 실용화상 이하의 과제가 있었다.

(1) 액정 표시 소자의 구동 전압

액정 표시 소자의 구동 전압은, 상세하게 설명하면 플래너 상태로 하기 위한 구동 전압, 포컬 코닉 상태로 하기 위한 구동 전압 및 전이 상태로 하기 위한 구동 전압이 있지만, 기간의 한정이 없는 경우에는, 그 중에서 가장 큰 구동 전압인 플래너 상태로 하기 위한 구동 전압을 가리킨다.

콜레스테릭 액정을 사용하는 방식은, 전자 페이퍼에 사용되는 전기 영동 방식 등 다른 방식에 비해 구동 전압이 높고, 35 내지 60 V가 일반적이다. 이 때문에 구동 회로의 부품 비용이 고가가 된다. 액정 표시 소자용의 LCD 드라이버에 범용의 IC를 사용하여 이 비용 문제를 극복하기 위해서는, 35 V 이하의 구동 전압이 필수가 되며, 마진을 생각하면 32 V 이하로 구동 전압을 저하시킬 필요가 있다.

또한, 액정 표시 소자의 구동 전압은, 액정 조성물의 점도의 온도 의존성에도 좌우되며, 특히 저온에서는 구동 전압의 상승이 현저해진다. 또한, 상술한 바와 같이 저온시에는 콘트라스트도 저하된다. 이들 문제를 해결하기 위해서는 동작 온도 범위를 확대시킬 필요가 있다. 구체적으로는 0 내지 50 ℃의 범위에서 동작할 수 있는 것이 중요하다.

(2) 소비 전력

최근의 RF-ID(Radio-Frequency-Identification: 전파를 사용하여, 비접촉으로 인식ㆍ통신을 행하는 개체 인식 기술)의 급속한 보급에 따라, RF(무선)에서의 액정 표시 소자의 구동이 가능해지는 표시 장치의 요구도 급속히 증가되고 있다. 이 RF-ID에 콜레스테릭 액정을 적용하기 위해서는, 상기 구동 전압의 저전압화 뿐만 아니라, 소비 전력의 감소도 중요해진다. 이 때문에, 액정의 저항값을 높게 하 여 누설 전류를 최대한 방지할 뿐만 아니라, 유전율을 조정하여 정전 용량을 적절히 작게 할 필요가 있다.

(3) 표시 유지 온도

표시 유지 온도란, 장시간 방치한 후에도 액정이 플래너 상태 또는 포컬 코닉 상태를 유지할 수 있는 온도를 의미한다. 현실적으로 적어도 수일 이상 경과한 후에도 플래너 상태 또는 포컬 코닉 상태를 유지할 수 있는 온도는, 일반적으로 -10 내지 60 ℃ 정도이며, 표시 유지 온도의 확대가 한층 더 요망되고 있다. 예를 들면, 차량 탑재에 적용하기 위해서는, -20 내지 90 ℃ 정도의 넓은 범위의 표시 유지 온도가 요망되고 있다.

이들 과제에 대하여, 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 등방상 전이 온도 70 내지 150 ℃의 네마틱 액정에 키랄제를 10 내지 45 중량％ 첨가한 경우, 굴절률 이방성 Δn이 0.10 내지 0.22, 유전율 이방성(Δε)이 5 내지 30이 된다고 개시되어 있다. 그러나, Δε가 5 내지 30이라고만 기재되어 있으며, 점도나 액정의 두께, 키랄제의 물성 등의 언급이 없고, 이 조건만으로는 범용의 IC를 이용할 수 있을 정도의 저전압 구동 또는 넓은 동작 온도를 실현할 수 없다. 또한, 80 ℃ 이상의 넓은 표시 유지 온도도 실현할 수 없다.

또한, 특허 문헌 2에서는, Δε가 8 내지 45인 네마틱 액정 혼합물과 키랄제를 포함하는 키랄 네마틱 액정 조성물(즉 콜레스테릭 액정 조성물)이며, 키랄제를 함유함으로써, Δε가 키랄제 함유 전의 네마틱 액정 조성물보다 상승된다고 개시되어 있다. 그러나, 이 문헌에서는 등방상 전이 온도에 대한 언급이 없다. 일반 적으로, Δε가 큰 키랄제는 등방상 전이 온도(Tc)가 낮은 경우가 많기 때문에, 키랄제의 첨가만으로는 높은 표시 유지 온도를 실현할 수 없다. 또한, 이 경우에도, 저온시의 구동 전압 상승과 콘트라스트 저하의 문제가 발생하며, 동작 온도가 한정될 가능성이 매우 높다.

특허 문헌 3에서는 반사율 피크의 파장이 420 내지 490 ㎚이고, 점도가 50 내지 90 cP, Δε가 10 내지 30, 굴절률 이방성이 0.15 내지 0.20, 등방상 전이 온도가 75 내지 100 ℃인 키랄 네마틱 액정 조성물이 개시되어 있다. 이 경우에는, 2종 이상의 키랄제를 포함하는 것을 특징으로 하는 기술이 있지만, 각 키랄제의 특징에 대한 언급이 없고, 이 조건만으로는 상기 과제에 도시한 바와 같은 저전압 구동 및 넓은 동작 온도와 넓은 범위의 표시 유지 온도, 특히 80 ℃ 이상의 높은 표시 유지 온도와의 양립을 실현할 수 있는 가능성이 낮다고 생각된다.

또한, 특허 문헌 4에는, 각각 액정 조성물을 포함하는 적색 표시를 행하는 R 액정층, 녹색 표시를 행하는 G 액정층 및 청색 표시를 행하는 B 액정층의 3개의 액정층을 포함하는 액정 광변조 소자이며, 각 액정층이 각각 특정 파장역의 빛을 변조하는 액정 광변조 소자에서, R 액정층에서의 액정 조성물이 Tc가 90 ℃ 내지 150 ℃인 네마틱 액정에 키랄제를 5 내지 25 중량％ 첨가한, 굴절률 이방성 Δn이 0.16 내지 0.20, Δε가 7 내지 40인 실온에서 콜레스테릭상을 나타내는 키랄 네마틱 액정이고, G 액정층에서의 액정 조성물이 Tc가 90 ℃ 내지 150 ℃인 네마틱 액정에 키랄제를 10 내지 30 중량％ 첨가한, 굴절률 이방성 Δn이 0.13 내지 0.18, Δε가 8 내지 40인 실온에서 콜레스테릭상을 나타내는 키랄 네마틱 액정이고, B 액정층에 서의 액정 조성물이 Tc가 90 ℃ 내지 150 ℃인 네마틱 액정에 키랄제를 15 내지 40 중량％ 첨가한, 굴절률 이방성 Δn이 0.13 내지 0.20, Δε가 8 내지 35인 실온에서 콜레스테릭상을 나타내는 키랄 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 광변조 소자가 개시되어 있지만, 상기한 물성만으로는 범용성이 있는 표시 장치는 실현할 수 없다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-129261호 공보(특허 청구의 범위)

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-363564호 공보(특허 청구의 범위)

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2003-295224호 공보(특허 청구의 범위)

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제2002-12865호 공보(특허 청구의 범위)

본 발명은 상기 과제를 해결하여, 액정 표시 소자의 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도를 실현할 수 있는 액정 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적 및 이점은, 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 적어도 한쪽이 투광성을 갖는 한 쌍의 전극을 구비한 한 쌍의 기판과, 이 한 쌍의 기판 사이에 배치된 콜레스테릭상을 나타내는 액정 조성물로 이루어지는 액정층과, 이 액정층을 전극으로부터 절연하기 위한 적어도 1층의 절연성 박막의 조합을 1 세트 이상 갖는 액정 표시 소자에서, 절연성막의 정전 용량이 10 μF 이하이고, 액정층의 층 두께가 2 내지 5 ㎛의 범위에 있고, 액정 조성물의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있는 액정 표시 소자가 제공된다.

본 발명 양태에 의해, 반영구적인 표시 유지 기능(메모리성)이나 선명한 컬러 표시, 고콘트라스트, 고해상성과 같은 특징을 갖는 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도 중 어느 하나를 실현할 수 있는 액정 표시 소자가 얻어진다.

상기 액정 조성물의 등방상 전이 온도가 80 ℃ 이상인 것, 상기 액정 조성물이 네마틱 액정과, 유전율 이방성이 20 내지 70의 범위에 있고, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 키랄제를 포함하고 있는 것, 상기 키랄제가 유전율 이방성이 20 내지 70의 범위에 있는 키랄제와, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 키랄제를 포함하고 있는 것, 상기 액정 조성물이 네마틱 액정과, 한 분자 내에 비대칭 탄소를 복수개 갖는 1 이상의 키랄제를 포함하고 있는 것, 상기 액정 조성물이 상기 키랄제를 15 내지 40 중량％ 함유하고 있는 것, 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있고, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 것, 상기 액정 조성물의 점도가 상기 액정 표시 소자의 구동시에 20 내지 1200 mPaㆍs의 범위에 있는 것, 상기 액정 조성물의 비저항이 10¹⁰ 내지 10¹³ Ωㆍ㎝이고, 그 플래너 상태시의 비유전율 ε1이 5 내지 15, 포컬 코닉 상태시의 비유전율 ε2가 10 내지 25인 것, 상기 액정 조성물을 플래너 상태 및 포컬 코닉 상태로 하기 위한 구동 전압이 실질적으로 직류 바이어스를 갖지 않는 교류 펄스인 것, 상기 교류 펄스의 펄스 인가 시간이 0.5 내지 50 밀리초의 범위에 있고, 재기록 빈도가 1초당 5회 이하의 범위에 있는 것, 상기 액정 조성물의 굴절률 이방성이 0.15 내지 0.25의 범위에 있는 것, 상기 액정 조성물이 플래너 상태에서 가시광을 반사하는 것, 상기 액정 표시 소자의 구동 회로의 IC의 내압이 35 V 이하인 것, 상기 액정 표시 소자의 화면에 직교하는 방향으로부터 본 경우 상기 한 쌍의 전극이 중첩되는 부분의 면적이 100 ㎠ 이하인 것, 무선 구동이 가능한 것, 상기 세트가 2개 이상이고, 다색 표시가 가능한 것, 상기 세트의 각각의 반사광의 혼색에 의해 다색 표시가 가능한 것, 상기 2 이상의 세트 각각을 동일한 구동 회로로 구동할 수 있도록, 상기 2 이상의 세트 각각의 액정 조성물의 유전율 이방성, 점도 및 등방상 전이 온도를 선택한 것, 상기 절연성막이 배향 제어막으로서도 기능하는 것이 바람직한 형태이다.

본 발명에 따른 다른 한 양태에 따르면, 상기 양태의 액정 표시 소자를 사용한 전자 페이퍼가 제공된다. 전자 페이퍼의 구체적인 것으로서는 전자 서적이나 인식과 통신 중 어느 하나 이상을 비접촉으로 행하는 장치가 바람직하다.

본 발명 양태에 의해, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도와 같은 상기한 우수한 특성을 갖는 액정 표시 소자를 유효하게 이용할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명에 의해, 반영구적인 표시 유지 기능(메모리성)이나 선명한 컬러 표시, 고콘트라스트, 고해상성과 같은 특징을 갖는 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도 중 어느 하나를 실현할 수 있는 액정 표시 소자가 얻어진다. 또한, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도와 같은 상기한 우수한 특성을 갖는 액정 표시 소자를 유효하게 이용할 수 있다.

[도 1] 콜레스테릭 액정의 플래너 상태와 포컬 코닉 상태 (3)을 설명하기 위한 개념도이다.

[도 2A] 플래너 상태를 얻기 위한 구동 전압의 인가의 모습을 나타낸 도면이다.

[도 2B] 포컬 코닉 상태를 얻기 위한 구동 전압의 인가의 모습을 나타낸 도면이다.

[도 3] 플래너의 초기 상태로부터 포컬 코닉 상태로의 이행 또는 포컬 코닉의 초기 상태로부터 플래너 상태로의 이행시에서의 광 반사율의 변화를 나타낸 그래프이다.

[도 4] 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 일례의 단면 구조를 나타낸 모식도이다.

[도 5] 예 1에서 사용한 키랄제의 화학식이다.

[도 6] 구동 전압의 온도 의존성을 나타낸 그래프이다.

[도 7] 구동 전압의Δεㆍ점도 의존성을 나타낸 그래프이다.

[도 8] 콘트라스트의 점도 의존성을 나타낸 그래프이다.

[도 9] STN 드라이버의 입력 구동 전압의 모습을 나타낸 모식도이다.

[도 10] 본 발명에 따른 구동 회로의 블록도이다.

[도 11] 구동 전압에서의 직류 바이어스를 설명한 모식도이다.

[도 12] 다색 표시 장치의 일례의 모식적 단면도이다.

[도 13] 네마틱 액정의 예를 나타낸 표이다.

[도 14] 네마틱 액정의 예를 나타낸 다른 표이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하에 본 발명의 실시의 형태를 도면, 표, 식, 실시예 등을 사용하여 설명한다. 또한, 이들 도면, 표, 식, 실시예 등 및 설명은 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 취지에 합치하는 한, 다른 실시의 형태도 물론 본 발명의 범주에 속할 수 있다. 도면 중, 동일한 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

본 발명에 따른 액정 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투광성을 갖는 한 쌍의 전극을 구비한 한 쌍의 기판과, 이 한 쌍의 기판 사이에 배치된 콜레스테릭상을 나타내는 액정 조성물로 이루어지는 액정층과, 이 액정층을 전극으로부터 절연하기 위한 적어도 1층의 절연성 박막의 조합을 1 세트 이상 갖고, 액정 표시 소자의 동작시에 이 절연성막의 정전 용량이 10 μF 이하이고, 액정층의 층 두께가 2 내지 5 ㎛의 범위에 있고, 액정 조성물의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있다. 이들 조건에 의해, 낮은 구동 전압과 낮은 소비 전력과 우수한 품질의 액정 표시 소 자를 실현할 수 있다. 액정 조성물이 플래너 상태에서 가시광을 반사하는 것이면, 육안으로 표시를 확인할 수 있다. 또한, 구동 전압을 35 V 이하, 바람직하게는 32 V 이하로 저하할 수 있으면, 액정 표시 소자의 구동 회로의 IC로서 범용인 것(예를 들면 내압 35 V인 것)을 사용할 수 있고, 비용적으로 유리하다.

액정층의 두께를 2 내지 5 ㎛의 범위로 하면, 구동 전압의 마진을 충분히 확보할 수 있고, 밝은 표시와 저전압 구동의 양립을 실현할 수 있다는 것이 판명되었다. 액정층의 층 두께가 2 ㎛ 미만이면, 플래너 상태에서의 밝기가 불충분함과 동시에 구동 전압의 마진이 좁아져(즉, 포컬 코닉 상태로 할 수 있는 구동 전압 범위가 좁아져), 온도 변화시 등에 이 마진이 변동됨에 따른 불안정 표시의 문제가 두드러지게 된다. 5 ㎛를 초과하면 구동 전압의 마진을 충분히 확보할 수 있지만, 플래너 상태로의 구동 전압이 높아진다는 문제가 발생한다. 액정층의 두께는, 4 ㎛ 전후, 예를 들면 4±0.5 ㎛의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다. 여기서 구동 전압의 마진이란, 예를 들면 도 3의 부호 33으로 표시되는 전압폭을 의미한다.

절연성막의 정전 용량을 10 μF 이하로 하면, 구동시의 액정 표시 소자의 전하의 충방 전량을 적절히 억제하고, 소비 전력을 억제할 수 있다. 또한, 액정의 절연성을 향상시켜 동작을 안정시키는 것이 가능해진다. 절연성막이 2개 있는 경우, 10 μF 이하의 조건은 양 절연성막의 정전 용량의 합에 대한 조건이 된다. 절연성막이 없으면, 누설 전류가 증대되기 때문에 무선 구동이 곤란해지거나, 액정의 수명이 저하된다는 등의 문제가 발생한다. 또한, 정전 용량은 절연성막의 유전율, 도포한 면적 및 두께로부터 계산하여 구할 수 있다.

Δε에 대해서는, 20 이상이면 낮은 구동 전압으로 사용 가능한 키랄제의 선택 범위가 넓어진다. 이 범위보다 낮으면 구동 전압이 높아지고, 이 범위보다 높으면 소자로서의 안정성이나 신뢰성이 악화되어, 화상 결함, 화상 노이즈가 발생하기 쉬워진다. Δε란 디렉터 방향(액정 분자의 장축의 평균 방향)의 유전율과 그에 수직인 성분의 유전율의 차이고, 수평 배향하여 액정을 주입한 셀과, 수직 배향하여 액정을 주입한 셀의 정전 용량을 측정함으로써 구해진다.

액정 조성물의 기타 물성으로서는, Tc가 중요하다. 액정 조성물의 온도가 Tc를 초과하면, 액정이 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이되어, 표시를 행할 수 없게 된다. 따라서, 이 온도는, 높은 것이 넓은 표시 유지 온도를 실현할 수 있기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 80 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 상한에 대해서는 특별히 제한은 없다. 일반적으로는 130 ℃ 정도가 재료적인 상한과 같다. Tc는 셀에 주입하여 플래너 상태로 한 액정 조성물을 가열하고, 반사율이 급격히 저하되는 온도를 측정함으로써 간편하게 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 조성물에 대해서는, 콜레스테릭상을 나타내는 한 특별히 제한되지 않으며, 공지된 것으로부터 선택할 수 있지만, 네마틱 액정과 키랄제를 포함하는 것이 일반적이다. 이 경우, 키랄제의 Δε가 20 내지 70의 범위에 있고, Tc가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 키랄제는, 동일한 조성물 중에 2종 이상 포함될 수도 있다. 이 경우, 이들 범위는 이들의 혼합물로서의 Δε 및 Tc에 대하여 적용된다. 키랄제의 Δε가 이 범위에 있으면, 액정 조성물의 Δε를 상기 범위로 용이하게 제어할 수 있다. Tc에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 액정 조성물용으로 물성이 특화된 키랄제를 2종 이상 사용하면, 상기 물성을 실현하기 쉽다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 액정 조성물이 Δε가 20 내지 70의 범위에 있는 키랄제와, Tc가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 키랄제를 포함하여 이루어지는 경우에는, 상기 물성을 용이하게 실현할 수 있다. 예를 들면, 키랄제 A와 키랄제 B의 혼합물을 생각하는 경우, Δε가 20을 상회하고(예를 들면 25), Tc가 80 ℃를 하회하는(예를 들면 75 ℃) 키랄제와, Δε가 20을 하회하고(예를 들면 15), Tc가 80 ℃를 상회하는(예를 들면 90 ℃) 키랄제를 조합하면, 키랄제 전체로서 Δε를 20 내지 70의 범위로 하고, Tc를 80 ℃ 이상으로 할 수 있는 경우가 있다.

또한, 사용하는 키랄제 중, 1개 이상이 한 분자 내에 비대칭 탄소를 복수개 갖는 것이 바람직하다. 한 분자 내에 비대칭 탄소를 복수개 가짐으로써, 헤리컬 트위스트 파워(HTP, 네마틱 액정을 비트는 힘)가 높아져, 적은 키랄제의 첨가로도 가시광을 반사시킬 수 있게 된다. 그 때문에, 점도의 상승을 억제할 수 있다는 이점이 있다.

액정 조성물 중에서의 키랄제의 함유량으로서는 15 내지 40 중량％가 일반적이다. 이 범위보다 적으면, 가시광보다 장파장인 적외광을 반사하고, 이 범위보다 많으면 가시광보다 단파장인 자외광을 반사하는 경우가 있다.

본 발명에 따른 네마틱 액정에 대해서는 특별히 제한은 없으며, 공지된 것으로부터 선택할 수 있지만, Δε가 20 내지 50의 범위에 있고 Tc가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 네마틱 액정에 대해서도, 동일한 조성물 중에 2 종 이상 포함될 수도 있다. 이 경우, 이들 범위는 이들의 혼합물로서의 Δε 및 Tc에 대하여 적용된다. 네마틱 액정의 Δε가 이 범위에 있으면, 액정 조성물의 Δε를 상기 범위로 용이하게 제어할 수 있다. Tc에 대해서도 마찬가지이다.

본 발명에 따른 액정 조성물의 점도에 대해서는, 상술한 바와 같이 낮은 것이 저온시의 구동 전압 상승이나 콘트라스트 저하를 억제할 수 있다. 이 점도는 구동시에(즉, 0 내지 50 ℃ 사이에서), 20 내지 1200 mPaㆍs의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 범위보다 크면, 구동 전압 상승이나 콘트라스트 저하가 현저해진다. 특히 저온시에 이들 문제가 발생하기 쉽다. 이 범위보다 작으면 메모리성이 저하되는 경우가 있다. 점도는 시판된 점도계에 의해 측정할 수 있다.

이들 조건에 의해 동작 온도 범위의 확대를 도모하여, 넓은 온도 범위에서의 저전압 구동을 행할 수 있게 된다.

소비 전력에 대해서는, 액정의 비유전율과 비저항을 정해진 범위로 함으로써, 감소를 실현할 수 있다. 비유전율은 너무 높지 않은 것이 상기 동일한 무선 구동에서의 저소비 전력화에 유효하다. 구체적으로는, 액정 조성물의 플래너 상태시에 대해서는 그 비유전율 ε1을 5 내지 15의 범위로 하고, 포컬 코닉 상태시에 대해서는 그 비유전율 ε2를 10 내지 25의 범위로 하는 것이 바람직하다. 비유전율이 이들 범위보다 작으면 구동 전압의 상승이 커진다. 비유전율을 이들 상한보다 작게 할 수 있으면, 전압을 인가ㆍ해방했을 때의 전류량을 억제할 수 있고, 소비 전력을 억제할 수 있다.

또한, 액정 조성물의 비저항을 10¹⁰ 내지 10¹³ Ωㆍ㎝로 높은 값을 유지함으로써, 액정 내의 이온성 물질의 유동 등에 의한 소비 전력의 손실을 억제할 수 있으며, 전압 안정성을 향상시킬 수 있고, 액정의 장기 수명화에 유효할 뿐만 아니라, 미약 전파를 전력원으로 한 무선으로 안정적인 구동을 실현할 수 있게 된다. 비유전율이나 비저항의 조정에는, 액정 조성물의 구성 요소인 액정이나 키랄제의 재료 선택이 유효하다.

액정 조성물의 굴절률 이방성에 대해서는, 0.15 내지 0.25의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 범위보다 낮으면 표시가 어두워지는 문제가 발생하기 쉽다. 일반적으로 반사 대역 Δλ는 액정의 굴절률 이방성 Δn에 따라 커지기 때문에, 큰 값이 바람직하지만, 상기 범위를 초과하면 포컬 코닉 상태에서의 산란성이 증가하여 백탁되기 때문에, 콘트라스트가 저하되기 쉽다. 액정 조성물의 굴절률 이방성은, 디렉터에 평행하게 입사한 경우와 수직으로 입사한 경우의 굴절률의 차이며, 시판된 아베 굴절계 등에 의해 측정할 수 있다.

플래너 상태 및 포컬 코닉 상태로 하기 위한 구동 전압에 대해서는, 교류 펄스이며, 실질적으로 직류 바이어스를 갖지 않도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 직류 바이어스란, 도 11에 도시한 바와 같이 교류 펄스의 전위의 절대값의 차(예를 들면 도 11 중의 V1-V2)를 의미한다. 직류 바이어스가 존재하면, 액정의 열화에 의해 액정의 신뢰성이 저하되고, 액정의 수명이 짧아지기 때문이다.

또한, 플래너 상태로 이행하는 경우 및 포컬 코닉 상태로 이행하는 경우의 전압 펄스의 펄스 인가 시간이 0.5 내지 50 밀리초의 범위에 있고, 재기록 빈도가 5 Hz 이하의 범위에 있도록 하여, 액정에 계속 제공하는 전계의 인가 시간을 한정함으로써, 고Δε의 액정에서 염려되는 주변 부재와의 반응이나 이온 분해와 같은 열화를 억제할 수 있고, 소비 전력도 보다 억제할 수 있다. 여기서, 전압 펄스의 펄스 인가 시간이란 도 2A, B에서 말하면, 부호 21 및 23의 기간을 의미한다. 또한, 본 발명에서의 재기록 빈도란, 1초당 액정 표시 소자를 재기록하는 횟수를 의미한다. 상기 펄스 인가 시간이 상기 범위보다 짧으면 원하는 밝기나 콘트라스트가 얻어지지 않게 되고, 상기 범위보다 길면 소비 전력이 증대된다. 상기 재기록 빈도가 상기 범위보다 크면 소비 전력이 증대되어, 무선 구동의 경우 불리해진다.

소비 전력은, 액정 표시 소자의 화면에 직교하는 방향으로부터 본 경우 한 쌍의 전극이 중첩되는 부분의 면적을, 예를 들면 100 ㎠ 이하로 한정함으로써 감소시키는 것도 가능하다. 상기한 조건을 조합함으로써, 대폭적인 소비 전력의 감소가 가능해진다. 구체적으로는 소비 전력을 수 mW로 하고, 액정 표시 소자를 무배터리(batteryless)로 안정적인 무선 구동을 하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 구동시의 전압 펄스를 액정 표시 소자와 근접한 전자파의 에너지에 의해 생성시키는 것이 가능해져, 전원을 필요로 하지 않고 액정 표시 소자의 표시를 변경하는 것이 가능해진다. 따라서 RF-ID 용도에 바람직하게 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 표시 소자는, 단색 표시도 다색 표시도 가능하다. 단색 표시의 경우 상기 세트는 1개일 수 있다. 다색 표시는 공지된 어떠한 기술로부터도 선택할 수 있지만, 상기 세트가 2개 이상인 경우에는, 각각의 세트에 의해 각 각의 색을 실현시킴으로써 다색 표시가 가능해진다.

다색 표시의 방법으로서는 어떠한 방법을 이용하여도 상관없다. 예를 들면, 도 12와 같이 복수의 세트를 중첩시켜, 각각의 세트의 혼색에 의해 다색 표시하는 방법이 있다. 세트마다의 색은 액정의 종류를 선택하여, 적절한 반사 파장으로 함으로써 실현할 수 있다.

이 경우, 어느 1개의 세트의 액정 조성물 중에 흡수되는 색이 상이한 색소를 첨가하여, 세트로 반사되는 파장 영역을 한정할 수도 있다. 예를 들면 적색의 빛을 반사하는 액정 조성물 중에 청색과 녹색을 흡수하는 색소를 혼합하여, 적색의 순도를 더욱 높일 수 있다.

상기 세트가 복수인 경우, 색소를 혼합하는 액정 조성물을 포함하는 세트로서 어떠한 세트를 선택하여도 상관없지만, 색소로 흡수되는 파장 영역이 표시면측으로부터 봤을 때, 색소를 혼합한 액정 조성물을 포함하는 세트보다, 뒤에 있는 세트의 액정 조성물의 반사 파장 영역과 중복하도록 되어 있으면, 그 반사 파장을 색소가 흡수하기 때문에 주의를 요한다.

색소 첨가 대신에 컬러 필터를 이용할 수도 있다. 이 컬러 필터층의 재료로서는, 무색 투명 물질에 색소를 첨가한 재료, 색소를 첨가하지 않아도 본래 착색 상태인 재료, 색소와 동일한 기능을 하는 특정한 물질의 박막을 들 수 있다. 컬러 필터층을 배치하는 대신에, 투명 기판 자체를 필터층 재료와 치환하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이 경우, 상기 2 이상의 세트의 각각을 동일한 구동 회로로 구동할 수 있도 록, 각각의 액정 조성물의 Δε, 점도 및 Tc를 선택하는 것이 비용 감소상 바람직하다. 구체적으로는, 각각의 값을 이들의 평균값의 ±10 ％ 이내로 하는 방법이 간편하다.

이어서, 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 구조를 도 4를 이용하여 예시적으로 설명한다. 도 4는, 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 일례의 단면 구조를 나타낸 모식도이다. 이 액정 표시 소자는 콜레스테릭상을 나타내는 콜레스테릭 액정 조성물을 사용하고 있기 때문에 메모리성을 갖고 있고, 플래너 상태 및 포컬 코닉 상태는 펄스 전압의 인가를 정지한 후에도 유지된다.

도 4에서, 액정 조성물로 이루어지는 액정층 (45)를 사이에 끼우고, 투광성의 기판 (41), (42) 위에 있는 스트라이프상의 전극 (43), (44)가, 기판에 수직인 방향으로부터 보았을 때 스트라이프가 서로 교차하도록 마주 보게 되어 있다. 액정층 (45)의 간격(도시되어 있지 않음)은 스페이서에 의해 확보되어 있다. 스페이서의 재료로서는 수지제 또는 무기 산화물제의 구체를 사용할 수 있다. 표면에 열가소성의 수지가 코팅되어 있는 고착 스페이서도 바람직하게 사용된다.

전극 위에는 액정층을 전극으로부터 절연하기 위해 적어도 절연성 박막이나, 계면 부근의 플래너 상태로의 배향 또는 포컬 코닉 상태로의 배향을 촉진하기 위한 배향 제어막(도시되어 있지 않음)이 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 절연성 박막은 가스 배리어성을 갖는 경우가 많으며, 가스 배리어성을 갖는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 절연성 박막과 배향 제어막이 한쪽 전극 위에만 있을 수도 있다. 절연성 박막이 배향 제어막을 겸할 수도 있다. 배향 제어막은 액정층과 접하여 배 치될 필요가 있지만, 절연성 박막은 배향 제어막의 기능을 겸하는 경우를 제외하고는, 전극과 액정층 사이에 있으면 어떤 층에 접하여도 상관없다. 빛을 입사시키는 측과는 반대측 기판의 외면(이면)에는, 필요에 따라 가시광 흡수층 (48)이 설치된다. 액정층 (45)의 액정 조성물은 밀봉재 (46), (47)에 의해 밀봉되어 있다. 본 액정 표시 소자는, 펄스 전원 (49)에 의해 펄스상의 소정 전압을 인가함으로써 구동된다.

본 예의 기판 (41), (42)는 모두 투광성을 갖고 있지만, 본 발명에 따른 액정 표시 소자에 사용할 수 있는 한 쌍의 기판은, 적어도 한쪽이 투광성을 가질 필요가 있으며, 반드시 양쪽이 투광성을 가질 필요는 없다.

상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 의해 반영구적인 표시 유지 기능(메모리성)이나 선명한 컬러 표시, 고콘트라스트, 고해상성과 같은 특징을 갖는 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 구동 전압의 저하, 동작 온도 범위의 확대, 소비 전력의 감소 및 넓은 범위의 표시 유지 온도 중 어느 하나를 실현할 수 있고, 액정 표시 소자의 범용성을 크게 확대할 수 있다.

이들 효과에 의해, 예를 들면 상기 액정 표시 소자는 전자 페이퍼 용도에 바람직하게 적용할 수 있다. 특히, 전자 서적의 용도나, 통신 또는 통신과 인식을 비접촉으로 행하는 장치로서의 RF-ID 용도에 바람직하게 적용할 수 있다. 여기서, 통신이란 본 장치와 근접한 장치 사이의 정보 교환을 위한 통신을 의미하며, 인식이란, 이 통신에 의해 근접한 장치가 본 장치(따라서 본 장치의 휴대자)를 인식하는 것을 의미한다.

또한, 이하에 본 발명에 따른 부품의 재료에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 기판으로서는 유리 기판을 예시할 수 있지만, 유리 기판 이외에도 PET나 PC 등의 필름 기판을 사용할 수 있다. 반표시측(빛을 입사시키는 측의 반대측)의 기판은 불투명한 기판일 수도 있다.

본 발명에 따른 투광성을 갖는 전극으로서는, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide=인듐주석 산화물)가 대표적이지만, 기타 IZO(Indium Zinc Oxide=인듐아연 산화물) 등의 투명 도전막이나, 알루미늄, 실리콘 등의 금속 전극 또는 비정질 실리콘, BSO(Bismuth Silicon Oxide=비스무트 실리콘 산화물) 등의 광 도전성막 등을 사용할 수 있다. 반표시측의 전극은, 그 표면을 광 흡수성으로 할 수 있는 것이면 투광성일 필요성은 없고, 통상적으로 구리, 알루미늄 등의 금속이나 합금일 수도 있다.

본 발명에 따른 네마틱 액정은, 예를 들면 도 13, 14의 것이나 이들의 혼합물 중으로부터 선택할 수 있다.

본 발명에 따른 키랄제의 예로서는 공지된 어떠한 것을 사용하여도 상관없다. 도 5에 그 예를 나타낸다. 그 물성은 예 1에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 액정 조성물은, 상기 네마틱 액정 및 키랄제 이외에 색소를 포함할 수도 있다. 이 색소로서는, 종래 알려져 있는 각종 색소를 사용할 수 있으며, 액정과 상용성이 양호한 것이 바람직하다. 예를 들면 아조 화합물, 퀴논 화합물, 안트라퀴논 화합물 등 또는 2색성 색소 등이 사용 가능하며, 복수종 사용할 수도 있다. 첨가량은, 액정 성분과 키랄제의 합계량을 100 중량부로 한 경우 3 중량 부 이하가 바람직하다.

본 발명에 따른 절연성 박막은, 부피 저항(Ωㆍ㎝)이 적어도 액정보다 클 필요가 있으며, 산화 실리콘 등의 무기막이나 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 등의 유기막을 예시할 수 있다.

본 발명에 따른 배향 제어막으로서는 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 아크릴 수지 등의 유기막이나 산화실리콘, 산화알루미늄 등의 무기 재료가 예시된다.

이어서 본 발명의 예를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 평가법을 이용하였다.

(액정 표시 소자의 반사율 및 콘트라스트)

이하에 설명하는 각 예에서의 액정 표시 소자에서는, 액정 표시 소자를 플래너 상태로 했을 때 고반사율 상태가 되고, 포컬 코닉 상태로 했을 때 저반사율 상태가 된다.

반사율은, 반사형 분광 측기를 사용하여 시감 반사율(Y값)로서 구하였다. 소색(消色)시의 Y값이 작을수록 투명하고 흑색 표시가 양호하며, 착색시의 Y값이 클수록 색 표시가 양호하다.

콘트라스트는 (플래너 상태에서의 Y값/포컬 코닉에서의 Y값)으로 제공된다.

(비저항과 비유전율)

표시 영역이 1 ㎠인 유리제 테스트용 셀에 액정 조성물을 주입한 후, 시판된 LCR 미터에 의해 측정ㆍ산출하였다.

(구동 전압)

액정 표시 소자에 실온 또는 소정 온도에서, 펄스폭 50 밀리초로 도 2A와 같은 구형파의 전압을 인가하고, 완전한 플래너 상태가 얻어지는 최소의 전압을 구하였다.

(표시 유지 온도)

액정 표시 소자를 실온에서 플래너 상태 또는 포컬 코닉 상태로 한 후, 소정 온도로 약 100 시간 동안 유지한 후, 본래의 상태가 유지되어 있는지의 여부를 관찰하고, 플래너 상태에 대해서도 포컬 코닉 상태에 대해서도 본래의 상태가 유지되어 있는 하한의 온도와 상한의 온도를 5 ℃마다 조사하였다.

[예 1]

우선, 12×10 ㎝의 크기로 절단한 폴리카르보네이트(PC) 필름 기판 위에 설치된 2매의 ITO 투명 전극을, 에칭에 의해 0.24 ㎜ 피치의 스트라이프상으로 패터닝하여, 640×480 도트의 VGA 표시를 행할 수 있도록 하였다. 액정 표시 소자의 화면에 직교하는 방향으로부터 본 경우 이들 한 쌍의 전극이 중첩되는 부분의 면적은 135 ㎠였다.

그 후, 양 기판 위의 투명 전극 위에 폴리이미드계의 배향 제어막 재료를 스핀 코팅에 의해 약 700 Å(환산값은 약 70 ㎚)의 두께로 도포하였다. 이어서, 90 ℃의 오븐 중에서 1 시간 동안 소성 처리를 행하여, 배향 제어막을 형성하였다. 이때, 각 배향 제어막의 정전 용량은 계산상 약 2.5 μF이고, 합계 약 5 μF였다. 이 배향 제어막은 부피 저항값이 10¹⁶ Ωㆍ㎝ 정도이고, 본 발명에 따른 절연성 박막에 해당한다.

이어서, 한쪽 기판 위의 주연부에 에폭시계의 밀봉제를 디스펜서에 의해 도포하여 소정 높이의 벽을 형성하였다. 이어서, 다른 한쪽의 기판의 배향 제어막 위에 4 ㎛ 직경의 스페이서(세끼스이 파인 케미칼사 제조)를 산포하였다. 그 후, 상기한 기판을 접합하고, 160 ℃에서 1 시간 동안 가열하여 밀봉제를 경화시켰다.

이어서, 시판된 네마틱 액정 A(굴절률 이방성 Δn은 0.24, Δε는 6.5, 점도는 실온에서 28 mPaㆍs, Tc는 101 ℃)와 네마틱 액정 B(굴절률 이방성 Δn은 0.20, Δε는 34.3, 점도는 실온에서 77 mPaㆍs, Tc는 82 ℃)를 중량비로 거의 1:1의 비율로 혼합하여 이루어지는 네마틱 액정 C(굴절률 이방성 Δn은 0.22, Δε는 20.4, 점도는 실온에서 53 mPaㆍs, Tc가 92 ℃)에 대하여, 도 5(도 5 중의 R은 탄화수소기이고, 비대칭 탄소가 복수 포함되어 있음)의 구조를 갖는 시판된 키랄제 A(Δε가 22이고, Tc가 60 ℃), 키랄제 B(Δε가 26이고, Tc가 118 ℃)를 네마틱 액정 조성물과 키랄제의 합계 중량에 대하여 28 중량％가 되도록 첨가하여, 반사의 피크 파장이 560 ㎚ 부근이 되도록 선택한 액정 조성물 X를 제조하였다. 키랄제 A와 키랄제 B의 혼합물의 Δε는 24, Tc는 85 ℃였다.

28 중량％의 내역은 키랄제 A를 20 중량％, 키랄제 B를 나머지 8 중량％로 하였다. 따라서 72 중량％가 네마틱 액정 C이다. 키랄제 A와 키랄제 B는 상온에서 고체였다. 액정 조성물 X의 굴절률 이방성 Δn과 Δε는, 0 내지 50 ℃의 온도 범위에서 각각 0.21과 22였다. Tc는 92 ℃였다. 점도는 상온에서 약 120 mPaㆍs, 50 ℃에서 약 30 mPaㆍs, 0 ℃에서 약 600 mPaㆍs였다. 그 때문에, 적어도 0 내지 50 ℃의 넓은 온도 범위에서 구동이 가능해지고, 콘트라스트도 양호하게 유지할 수 있다는 것이 판명되었다.

또한, 액정 조성물 X의 비저항은 1.22×10¹¹ Ωㆍ㎝이고, 비유전율은 플래너 상태에서 9.0, 포컬 코닉 상태에서 23.5였다.

그 후, 진공 주입법에 의해 액정 조성물 X를 상기한 기판 사이에 주입한 후, 에폭시계의 밀봉제로 주입구를 밀봉하여 액정셀을 제조하였다. 또한, 빛을 입사시키는 측(표시측)과는 반대측의 기판에 흑색의 광 흡수층을 설치하였다.

이러한 액정 표시 소자에서는, 실온에서 전극 사이에 직류 바이어스를 갖지 않는 28 Vㆍ펄스 인가시의 실효값(실효 시간) 50 밀리초의 리셋용 펄스 전압과 재기록용 펄스 전압을 1 라인마다 인가하면, 선택된 가시광을 반사하는 상태(플래너 상태)가 되고, 직류 바이어스를 갖지 않는 19 Vㆍ실효 시간 50 밀리초의 펄스 전압을 인가하면, 양호한 투과 상태(포컬 코닉 상태)가 되었다. 이 구동 전압은, 0 내지 50 ℃의 넓은 온도 범위에서도 거의 불변하였다.

표시 유지 온도에 대하여, 액정셀을 소정 온도에서 항온조에 100 시간 동안 방치하고, 방치 후의 상태를 관찰한 결과, 제조한 액정에서는 고온 90 ℃, 저온 -20 ℃에서도 표시 상태(플래너 상태, 포컬 코닉 상태)를 유지한다는 것을 확인하였다.

이어서, 이 액정 표시 소자에 TCP(tape carrier package)의 STN(Super Twisted Nematic)용 범용 드라이버(EPSON사 제조) S1D17A03(160개 출력) 1개와 S1D17A04(240개 출력)를 4개 사용하여, VGA 표시에 대응할 수 있도록 하였다. 이때, 필요에 따라 드라이버에 입력하는 전압을 안정화시키기 위해, 범용 연산 증폭기나 제너 다이오드에 의해 안정화시킬 수도 있다. 또한, 필요한 경우에는, 화소 데이터에 따라 출력 전압을 전환하기 위한 아날로그 스위치를 연산 증폭기의 전단에 사용할 수도 있다.

STN 드라이버의 공통측(스캔측)과 세그먼트측(데이터측)에는, 도 9와 같은 출력이 되도록 전압을 제어하였다. ON 세그먼트선의 출력 전압으로부터 선택 공통선의 출력 전압을 빼면, 플래너 상태로 이행하기 위한 인가 전압의 변화(+32 V와 -32 V와 0 V의 조합)가 얻어진다. OFF 세그먼트선의 출력 전압으로부터 선택 공통선의 출력 전압을 빼면, 포컬 코닉 상태로 이행하기 위한 인가 전압의 변화(+24 V와 -24 V와 0 V의 조합)가 얻어진다. ON 세그먼트선의 출력 전압으로부터 비선택 공통선의 출력 전압을 빼면, 인가 전압의 변화를, 이미 표시되어 있는 플래너 상태 또는 포컬 코닉 상태를 변화시키지 않을 정도로 멈출 수 있는 +4 V와 -4 V와 0 V의 조합이 얻어진다. OFF 세그먼트선의 출력 전압으로부터 비선택 공통선의 출력 전압을 빼는 경우도 마찬가지로 -4 V와 +4 V와 0 V의 조합이 얻어진다.

그 후, 도 10에 나타낸 안테나를 탑재한 고주파 전원과 제어 회로, 드라이버 IC를 장착하여, 전파 출력이 약 10 mW인 근거리의 무선 통신을 행한 바, 소정의 전압으로 전지를 사용하지 않고 원하는 표시를 행할 수 있었다.

[예 2]

IC 카드의 표시부로서 크기를 약 2×1 ㎝로 하고, 3 ㎛ 직경의 스페이서를 사용한(그 이외에는 예 1과 동일) 액정 표시 소자를 제조하였다. 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6의 횡축은 구동시의 온도, 종축은 구동 전압을 나타낸다. ▲로 나타낸 데이터를 연결하는 선 이상의 구동 전압은, 완전히 플래너 상태로 할 수 있는 구동 전압을, ■로 나타낸 데이터를 연결하는 선과, ◆로 나타낸 데이터를 연결하는 선 사이의 구동 전압은, 완전히 포컬 코닉 상태로 할 수 있는 구동 전압을 의미한다.

도 6으로부터, 이러한 액정 표시 소자에서는 0 내지 50 ℃의 온도 범위에서, 예를 들면 구동 전압 14 Vㆍ실효 시간 50 밀리초의 펄스 전압을 인가하면, 선택한 반사 상태(플래너 상태)가 되고, 9 내지 10 Vㆍ실효 시간 50 밀리초의 펄스 전압을 인가하면, 양호한 투과 상태(포컬 코닉 상태)가 된다고 이해된다. 이 때문에, 범용의 IC를 사용할 수 있으며, 비용 감소를 도모할 수 있다.

이 경우에도 예 1과 마찬가지로 고온 90 ℃, 저온 -60 ℃에서도 표시 상태(플래너 상태, 포컬 코닉 상태)를 유지한다는 것을 확인하였다.

이어서, 이 액정 표시 소자에 안테나를 탑재한 고주파 전원과 제어 회로, 드라이버 IC를 장착하여, 전파 출력이 약 10 mW인 근거리의 무선 통신을 행한 바, 소정의 전압으로 전지를 사용하지 않고 원하는 표시를 행할 수 있었다. 이 액정 표시 소자(구동 회로를 제외함)의 소비 전력은 1 mW 이하로 매우 작았다.

또한, 셀 간격을 3 ㎛로 작게 하였지만, 밝기의 저하는 최소한 억제할 수 있 었다. 이와 같이, 셀 간격을 작게 함으로써 14 V에서의 구동도 가능해지고, 염가인 IC를 사용할 수도 있게 된다.

[예 3]

하기의 각 시험에서는, 액정과 키랄제의 조성을 다양하게 변경한 것 이외에는, 예 1과 동일하게 하여 액정 표시 소자를 제조하였다.

도 7에, 본 예의 액정 조성물의 Δε와 점도에 대한 구동 전압의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 본 발명과 같이 Δε≥20, 점도 1200 mPaㆍs로 함으로써, 구동 전압 32 V 이내의 조건이 충족되어 있다고 이해된다.

또한, 도 8에 점도와 콘트라스트의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 저온시에 점도>1200 mPaㆍs로 하면 포컬 코닉 상태의 투과율이 낮아지고(즉, 산란이 증가하고), 콘트라스트가 급강하하는 사례를 나타내고 있다.

이외에 액정의 비저항을 10¹⁰ 미만으로 하면, 구동시의 소비 전력이 크게 증대되어 무선에서의 구동이 불안정화되었다. 또한, 표시의 번인(burn-in) 현상 등과 같은 표시 품질의 열화도 관찰되었다.

또한, 비유전율 ε가 플래너 상태에서는 5 내지 15의 범위, 포컬 코닉 상태에서는 10 내지 25의 범위를 하회하면 Δε도 저하되기 때문에, 구동 전압이 상승되어 범용의 IC의 사용이 곤란해질 뿐만 아니라, 무선 구동이 곤란해졌다. 한편, 비유전율이 상기 범위를 상회하면, 구동시의 액정 표시 소자의 전하의 충방전량이 커져 소비 전력이 증가되기 때문에, 무선 구동이 불안정화되었다.

[예 4]

이어서, 첨가하는 키랄제의 조건을 변경하여 평가한 사례를 표 1에 나타낸다. 구동 전압은 실온하의 값이다. 네마틱 액정으로서는 예 1과 동일한 것을 사용하고, 종래 키랄제로서는 Δε가 거의 0(제로), Tc가 약 50 ℃인 것을 사용하였다.

키랄제 A만을 사용하여 560 ㎚ 부근에 선택한 반사의 피크 파장이 되도록 조정한 액정 조성물은 Tc가 저하되고, 표시 유지 온도의 상한이 70 ℃ 부근까지 저하되었다.

또한, 키랄제 B만을 사용하여 560 ㎚ 부근에 선택한 반사의 피크 파장이 되도록 조정한 액정 조성물은, 상온시에서는 32 V의 구동 전압이고, 표시 유지 온도도 -20 내지 95 ℃로 최좌측란의 종래 키랄제에 비해 우수하지만, 저온(10 ℃ 이하)시의 점도가 1200 mPaㆍs 이상으로 증가되고, 저온에서의 구동 전압 상승과 콘트라스트 저하가 현저하였다.

이에 비해 예 1의 액정 표시 소자(최우측란)에서는, 적량의 키랄제 A와 B를 병용함으로써, 낮은 구동 전압, 넓은 동작 온도, 넓은 표시 유지 온도, 저소비 전력과 같은 중요한 항목을 모두 만족하는 것이 가능하다는 것이 판명되었다.

본 발명에 따르면, 콜레스테릭 액정을 사용한 액정 표시 소자의 성능을 개량할 수 있다.

Claims (19)

1. 적어도 한쪽이 투광성을 갖는 한 쌍의 전극을 구비한 한 쌍의 기판,

   상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 콜레스테릭상을 나타내는 액정 조성물로 이루어지는 액정층, 및

   상기 액정층을 전극으로부터 절연하기 위한 적어도 1층의 절연성 박막

   의 조합을 1 세트 이상 갖는 액정 표시 소자에 있어서,

   상기 절연성막의 정전 용량이 10 μF 이하이고,

   상기 액정층의 층 두께가 2 내지 5 ㎛의 범위에 있고,

   상기 액정 조성물의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있는

   액정 표시 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물의 등방상 전이 온도가 80 ℃ 이상인 액정 표시 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물이 네마틱 액정과, 유전율 이방성이 20 내지 70의 범위에 있고, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 키랄제를 포함하고 있는 것인 액정 표시 소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 키랄제가 유전율 이방성이 20 내지 70의 범위에 있는 키랄제와, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 키랄제를 포함하고 있는 액정 표시 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물이 네마틱 액정과, 한 분자 내에 비대칭 탄소를 복수개 갖는 1 이상의 키랄제를 포함하고 있는 액정 표시 소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성이 20 내지 50의 범위에 있고, 등방상 전이 온도가 80 내지 130 ℃의 범위에 있는 액정 표시 소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물의 점도가 상기 액정 표시 소자의 구동시에 20 내지 1200 mPaㆍs의 범위에 있는 액정 표시 소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물의 비저항이 10¹⁰ 내지 10¹³ Ωㆍ㎝이고, 그 플래너 상태시의 비유전율 ε1이 5 내지 15, 포컬 코닉 상태시의 비유전율 ε2가 10 내지 25인 액정 표시 소자.
9. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물을 플래너 상태 및 포컬 코닉 상태로 하기 위한 구동 전압이 실질적으로 직류 바이어스를 갖지 않는 교류 펄스인 액정 표시 소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 교류 펄스의 펄스 인가 시간이 0.5 내지 50 밀리초의 범위에 있고, 재기록 빈도가 1초당 5회 이하의 범위에 있는 액정 표시 소자.
11. 제1항에 있어서, 상기 액정 조성물의 굴절률 이방성이 0.15 내지 0.25의 범위에 있는 액정 표시 소자.
12. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 소자의 구동 회로의 IC의 내압이 35 V 이하인 액정 표시 소자.
13. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 소자의 화면에 직교하는 방향으로부터 본 경우 상기 한 쌍의 전극이 중첩되는 부분의 면적이 100 ㎠ 이하인 액정 표시 소자.
14. 제1항에 있어서, 무선 구동이 가능한 액정 표시 소자.
15. 제1항에 있어서, 상기 세트가 2개 이상 있고, 다색 표시가 가능한 액정 표시 소자.
16. 제17항에 있어서, 상기 세트의 각각의 반사광의 혼색에 의해 다색 표시가 가능한 액정 표시 소자.
17. 제15항에 있어서, 상기 2 이상의 세트의 각각을 동일한 구동 회로로 구동할 수 있도록, 상기 2 이상의 세트 각각의 액정 조성물의 유전율 이방성, 점도 및 등방상 전이 온도를 선택한 액정 표시 소자.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 표시 소자를 사용한 전자 페이퍼.
19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 표시 소자를 사용한, 인식과 통신 중 어느 하나 이상을 비접촉으로 행하는 장치.

Images