KR20080112384A - 쌍안정성 강유전성 액정 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 전기광학 디바이스에 관한 것이다. 당해 액정 전기광학 디바이스는, 서로간의 사이에 간극이 있는 한 쌍의 기판; 전극이 상기 기판들 중의 한 쪽에 한 쌍으로 배치되거나 각각의 상기 기판에 하나씩 배치된, 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 배치되고 I→SmC* 상 서열을 나타내는 강유전성 올리고실록산 액정 물질 포함하는 하나 이상의 액정 셀을 포함하며, 당해 액정 전기광학 디바이스는 작동시에 쌍안정하다. 또한, 본 발명은 액정 전기광학 디바이스의 제조방법을 포함한다.
액정 전기광학 디바이스, 쌍안정성, 강유전성, 올리고실록산, 편광자

Description

쌍안정성 강유전성 액정 디바이스{Bistable ferroelectric liquid crystal devices}
본 발명은 일반적으로 액정 디바이스, 특히 성능이 개선된 액정 디바이스에 관한 것이다.
강유전성 액정(FLC: ferroelectric liquid crystal) 전기광학 디바이스는 쌍안정성과 병행되는 매우 빠른 응답 시간을 나타내는 이의 잠재력으로 인하여, 상당한 주의를 끌고 있다. 키랄 스멕틱 C(SmC*) 상 액정 및 이들 물질을 기본으로 하는 전기광학 디바이스는 다수의 광범위한 검토 및 교과서, 예를 들면, 문헌[참조: "Ferroelectric Liquid Crystals - A Unique State of Matter," D.M. Walba, Advances in the Synthesis and Reactivity of Solids, Volume 1, 173-235, 1991; "Ferroelectric and Antiferroelectric Liquid Crystals," S.T. Lagerwall, Ferroelectrics, 301, 15-45, 2004; and Chapter 9 "Optical properties of ferroelectric and antiferroelectric liquid crystals," in The Optics of Thermotropic Liquid Crystals, Edited by S. Elston and R. Sambles, 1998]에 상세히 기재되어 있다. 빠른 전기광학 응답 및 쌍안정성의 조합은 디스플레이 패널, 투사 디바이스, 공간 광 변조기 등과 같은 분야에 사용하기 위한 광범위한 디바이스의 개발에 중요한 잠재성을 갖는다. 그러나, 이러한 디바이스의 상용화는 다수 의 기술적 문제로 인하여 제한되어 왔다.
당해 분야의 최초 문헌에는 양호한 쌍안정성을 나타낼 수 있는 전단-정렬된(shear-aligned) 얇은 셀이 기술되어 있다[참조: N. A. Clark and S.T. Lagerwall, "Submicrosecond bistable electro-optic switching in liquid crystals," Appl. Phys. Lett. 36, 899-901 (1980)]. 키랄 스멕틱 C 액정을 기본으로 하는 전기광학 디바이스에 현재 허용되는 수단은 "키랄 스멕틱 C 또는 H 액정 광학 디바이스"라는 제목으로 미국 특허 제4,367,924호에 기재된 바와 같은, 표면 안정화된 강유전성 액정 디바이스이다. 당해 디바이스에서, 정렬 막(alignment film)은 액정에 인접한 디바이스의 내부 표면 위에 사용되어, 액정 상의 평면 정렬을 생성시킨다. 이러한 디바이스 내에서의 액정 층의 이상적 배향(orientation)은 소위 "서가(bookshelf)" 구조이다. 이러한 디바이스는 종종 액정 물질 또는 혼합물을 사용하여, 냉각시에 "등방성(I) →키랄 네마틱(N*) →키랄 스멕틱(SmA*) →키랄 스멕틱 C(SmC*)"의 상 서열(phase sequence)로 생성된다.
그러나, 당해 서가 구조는 기계적으로 취약하며 불안정하다. 온도 차이 또는 기계적 충격이 당해 조심스럽게 제조된 서가 구조를 붕괴시킬 수 있다는 점으로 인하여, 이러한 취약성은 서가 구조를 기본으로 하는 디바이스의 개발을 방해하였으며, 이러한 사항은 개발된 디바이스에서는 실제로 개선되지 못한다. 위에 기술된 바와 같이, 물질이 목적하는 액정 상 서열을 통해 재냉각되도록 하는 조절된 온도 구배가, 서가 구조의 형성에 요구될 것이다.
조절된 조건하에도 당해 서가 구조는 대부분의 키랄 스멕틱 C 물질에 대해 용이하게 수득되지 않는다. 당해 물질이 키랄 스멕틱 A 상으로부터 키랄 스멕틱 C 상으로 냉각되는 경우, 분자의 경사(tilting)로 인해 스멕틱 층 간격이 축소되어, 갈매기표 구조 및 소위 '지그-재그 결함'의 형성을 초래하며, 이는 셀의 전기광학 성능을 열화시킨다. 몇 가지 경우, 전기장 처리를 사용하여 당해 갈매기표 구조를 '유사-서가(pseudo-book shelf)' 구조로 전환시킬 수 있지만, 이러한 구조는 형성이 곤란하며 디바이스의 저장 또는 작동 과정에서 갈매기표 구조로 복귀할 수 있다. 실제로, FLC 제조업자는 갈매기표 구조를 디바이스에 사용하고, 감소된 콘트라스트에 따르는 불이익 및 쌍안정성의 희생을 수용한다.
관련된 지그-재그 결함과 함께, 서가 구조의 취약성 및 갈매기표 구조의 형성에 관련된 복잡성에도 불구하고, 고속 스위칭, 넓은 시야각, 키랄 스멕틱 C 상을 갖는 액정을 기본으로 하는 '쌍안정성(bistable)' 전기광학 디바이스를 인용하는 문헌이 다수 존재한다. 전기광학 성능 측면에서 충분한 잠재성에 도달하는 강유전성 액정 디바이스에 있어서, 이는 사용시 내구성이 있고 '진정한 광학적 쌍안정성'을 나타내야 한다. 드브리스 스멕틱 A(DeVries Smectic A) 상을 갖는 물질을 사용하는 강유전성 액정 디바이스라는 제목의 미국 특허 제6,870,163 B1호에는 '진정한 광학적 쌍안정성'은 키랄 스멕틱 C 상을 나타내는 소수의 액정에 대해서만 수득된다고 보고되어 있으며, 이러한 물질은, 키랄 스멕틱 A에서의 키랄 스멕틱 C 상으로의 전이 과정에서 스멕틱 층의 제한된 수축으로 인하여 키랄 스멕틱 C 상 위에서 드브리스 SmA* 상을 나타내는 물질의 예임을 추가로 기록하고 있다.
미국 특허 제5,748,164호 및 제6,507,330 B1호에서는 쌍안정성이 아닌 강유전성 전기광학 디바이스에서의 디바이스 성능의 열화를 강조한다. 실제로, 구동 설계를 복잡하게 하고 휘도를 손상시키는 역상 프레임의 적용에 의해, 데이터 프레임이 직류-평형된다. '진정한 광학적 쌍안정성'을 나타내는 강유전성 액정 디바이스는 재배향(reorientation) 동안에 전기장의 인가를 필요로 할 뿐이며, 따라서 어드레싱 설계의 복잡성을 상당히 감소시키고, 디바이스의 조도 및 전력 효율을 증가시킨다.
따라서, 진정으로 쌍안정성인 액정 전기광학 디바이스 및 당해 디바이스의 제조 방법이 필요하다.
본 발명은 진정으로 쌍안정성인 액정 전기광학 디바이스를 제공하여, 당해 요구에 부합한다. 당해 액정 전기광학 디바이스는 사이에 간극(gap)이 있는 한 쌍의 기판; 전극이 상기 기판들 중의 한 쪽에 한 쌍으로 배치되거나 각각의 상기 기판에 하나씩 배치된, 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 배치되고 I→SmC* 상 서열을 나타내며 화학식 1의 화합물이 아닌 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 포함하는 하나 이상의 액정 셀을 포함하며, 당해 액정 전기광학 디바이스는 작동시에 쌍안정성이다.
Figure 112008079227526-PCT00001
위의 화학식 1에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹, 또는
Figure 112008079227526-PCT00002
그룹이고,
R'는 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이고,
T는 OOC 또는 COO이고,
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹, 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로겐-치환된 알킬 그룹이고,
Y는 F이고,
m은 0, 1 또는 2이고,
p는 1, 2, 3 또는 4이고,
n은 10, 11 또는 12이다.
"올리고실록산 액정 물질"은 하나 이상의 액정 상을 나타내는 올리고실록산-오가닉 혼성 물질을 의미한다.
본 발명의 또 다른 측면은 액정 디바이스의 제조 방법이다. 당해 방법은 기판들 중의 한 쪽에 한 쌍의 전극이 배치되거나 각각의 기판에 하나의 전극이 배치되도록 한 쌍의 전극을 갖는, 서로간의 사이에 간극이 있는 한 쌍의 기판을 제공하는 단계; 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에, I→SmC* 상 서열을 나타내며 화학식 1의 물질이 아닌 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 제공하는 단계; 강유전성 올리 고실록산 액정 물질을 냉각시키면서 또는 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 SmC* 상으로 하면서 또는 둘 다를 수행하면서, 제1 전기장을 인가하여 액정 디바이스를 정렬시킴으로써 단일영역(monodomain)을 생성시키는 단계를 포함하며, 여기서, 액정 전기광학 디바이스는 작동시에 쌍안정하다.
화학식 1
Figure 112008079227526-PCT00003
위의 화학식 1에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹, 또는
Figure 112008079227526-PCT00004
그룹이고,
R'는 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이고,
T는 OOC 또는 COO이고,
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹, 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로겐-치환된 알킬 그룹이고,
Y는 F이고,
m은 0, 1 또는 2이고,
p는 1, 2, 3 또는 4이고,
n은 10, 11 또는 12이다.
도 1은 본 발명 디바이스의 한 양태의 횡단면도이다.
도 2는 70℃에서 층 회전 속도의 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 화합물 2A의 쌍안정성 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 3의 화합물 1A의 쌍안정성 프로파일을 나타내는 그래프이다.
전기광학적 쌍안정성은 특정한 FLC 디스플레이의 수동형으로 다중화되는(passively multiplexed)(즉, 각각의 화소에 트랜지스터 회로를 배치하지 않고 작동하는) 현저한 능력을 근거로 한다. 견고한 쌍안정성 표면 정렬의 달성은 대형 면적 FLC 디스플레이 패널의 개발에서 주요 불확실성이다. 규소 상의 액정(LCoS: liquid crystal on silicon) FLC 디바이스는 통상적으로 쌍안정성에 의존하지 않으며, 조명을 때때로 끄지 않아야 한다. 본 발명의 셀은 진정으로 쌍안정하므로, 이들은 연속적으로 유효한 영상을 가질 수 있다.
또한, 쌍안정성은 정보 저장 또는 축적용 디바이스에서의, 예를 들면, 홀로그래피 시스템에 대한 초고해상도 디스플레이용의 광 수신되는 공간 광 변조기에서의 FLC의 사용에 요구된다. 전기통신 분야용 래칭 스위치(latching switch)는 또한 쌍안정성을 필요로 한다.
한 양태에서, 본 발명은 SmC* 상 전이에 대해 직접 등방성을 나타내는 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 함유하는 고속 스위칭 쌍안정성 전기광학 디바이스에 관한 것이다. 직접 등방성 내지 키랄 스멕틱 C(I to SmC*) 상 전이를 갖는 열방 성 액정은, 분자의 배치 순서가 존재하지 않는 상태(I)로부터, 층 노멀에 대하여 각 θ로 경사된 디렉터(또는 평균 분자 배향)에 의해, 광학 활성 분자가 층에 정렬되는 적층 상태(SmC*)로 직접 통과하는 물질로서 정의된다. SmC* 상의 존재는 일반적으로, 문헌[참조: Gray and Goodby, in "Smectic Liquid Crystals - Textures and Structures," 1984]에 기재된 바와 같이, X선 회절, 현미경 조직 및 혼화성 연구를 사용함으로써 확인된다. 문헌[참조: Miyasato et al., Jpn. J. Appl. Phys. 22, L661 (1983)]에 기재된 바와 같은, 삼각형 파형으로 전류 역전 기술을 사용하는 자발적 편광 재배향 피크의 검출은 SmC* 상의 존재를 확인하는 상기 기술과 함께 사용할 수 있다. "쌍안정성"은 액정의 2가지 가능한 스위칭 상태의 실질적 완화(relaxation)가 장의 제거 후에 관찰되지 못함을 의미한다.
강유전성 올리고실록산 액정 물질은 당해 분야에 공지된 방법을 사용하여 정렬시킬 수 있다. 본 발명의 사용은, 쌍안정성 스위칭에 요구되는 정렬을 생성시키기 위한 가열 또는 냉각 주기를 필요로 하지 않는다. 디바이스를 제조한 후에 재정렬을 수행하여, 디바이스를 복구할 수 있다.
강유전성 올리고실록산 액정 물질을 정렬하여 결함이 거의 없고 높은 콘트라스트 비를 갖는 대형 영역을 제조할 수 있다. 당해 물질의 경사각은 바람직하게는 온도에 의해 상당히 변화되지 않아, 활성 온도 보상에 대한 필요를 최소화한다.
필요한 경우, 강유전성 올리고실록산 액정 물질은 다른 강유전성 액정 물질과 배합할 수 있다. 다른 강유전성 액정 물질은 50% 이하, 또는 20% 이하, 또는 5% 이하의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따라, 쌍안정성 액정 셀이 제공된다. 도 1은 통상적인 디바이스를 도시한다. 강유전성 올리고실록산 액정 물질(17)을 2개의 기판(10) 및 기판(11) 사이에 배치한다. 당해 기판은 유리, 규소, 유기 중합체 또는 무기 중합체와 같은 적합한 물질로부터 제조할 수 있다. 디바이스의 종류에 따라, 기판들 중의 하나 또는 둘 다가 투명할 수 있다.
기판(10) 및 기판(11)의 내부 표면은, 선택된 영역에 적용할 수 있는 전극(12) 및 전극(13), 예를 들면, 알루미늄 또는 산화주석인듐(ITO)을 갖는다. 하나의 전극이 각각의 기판에 존재할 수 있거나, 전극 둘 다가 기판들 중의 하나에 존재할 수 있다(그러나 한 쌍의 전극만이 요구된다). 전극들 중의 하나 또는 둘 다는 디바이스의 종류에 따라 투명하다. 그렇지 않으면, 줄무늬 장(fringing field)을 제공하고, 전기광학적 효과를 조절할 수 있게 하는 전극이 존재할 수 있다. 필요한 경우, 전극의 내부 표면은 패시베이션 층으로 도포할 수 있다.
(액정 물질에 인접한) 전극의 내부 표면, 또는 줄무늬 장 디바이스의 경우의 기판은, 정렬 층(14) 및 정렬 층(15)으로 도포하여 전기장 정렬, 층 배향 및 SmC* 상의 스위칭을 용이하게 할 수 있다. 당해 정렬 층은 유기 도막 또는 무기 도막일 수 있다. 적합한 정렬 층은 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 산화규소, 실란 및 폴리실란을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 당해 정렬 층은 러빙(rubbing), 연신(stretching), 침착(deposition) 및 엠보싱을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 당해 분야에 공지된 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 당해 정렬 층은 단일영역이 형성되고(즉, "서가") 쌍안정성 스위칭이 관찰되도록 돕는다.
스페이서(16)는 기판(10)과 기판(11)을 분리시키고, 셀 두께를 한정한다. 밀봉 층(18)을 사용하여 액정 물질을 셀 안에 보유시킨다. 본 발명의 액정 전기광학 디바이스는 통상적으로 0.5 내지 10㎛ 범위로 고안된 셀 간극을 갖는다.
적층 디바이스는 서로에 대해 90도(광학 축)로 배향된 편광자(19) 및 편광자(20) 사이에 배치되어, 액정이 2가지 상태로 스위칭되는 경우, 명 상태 또는 암 상태를 생성할 수 있다. 도 1에 도시된 디바이스는 투과 방식 디바이스이다. 당해 분야의 전문가에게 공지된, 또 다른 편광자 배위는 투과 및 반사 방식 디바이스에 사용할 수 있다.
액정 셀은 능동 매트릭스 직시형 FLC 평면 패널 디스플레이, 수동 매트릭스 직시형 FLC 디스플레이 및 규소 상의 액정(LCoS) 디바이스를 포함하지만 이로 제한되지 않는 디바이스에 사용할 수 있다.
적합한 올리고실록산 액정 물질은 다음을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
한 가지 종류의 화합물은 화학식 2를 갖는다.
Figure 112008079227526-PCT00005
위의 화학식 2에서,
R은 W 또는 CdH(2d+1)이고, 여기서, d는 1 내지 10이고, W는
Figure 112008079227526-PCT00006
,
Figure 112008079227526-PCT00007
, 피리미딘 또는 톨란이고;
R' 및 R"는 독립적으로 CrH(2r+1)(여기서, r은 1 내지 4이다) 및 페닐 그룹으로부터 선택되고;
c는 1 내지 10이고;
n은 3 내지 12이고;
a는 0 또는 1이고;
m은 1 또는 2이고;
s는 1 또는 2이고;
q는 0 또는 1이고,
T는 O, COO, OCO, CH=N, N=CH, CF2O, OCF2, NHCO 또는 CONH이고;
Y는 독립적으로 H, 할로겐, NO2, CN, CH3 및 CF3로부터 선택되고;
L은 독립적으로 H 및 할로겐으로부터 선택되고;
Q는 O, COO 또는 OCO이고;
b는 0 또는 1이고;
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로-치환된 알킬 그룹이다.
상이한 종류의 올리고실록산 액정 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 각종 메소젠(mesogen)을 실록산에 결합시킬 수 있다(AB형). 실록산이 동일한 종의 2개의 메소젠을 결합시키는 대칭 시스템(ABA형)을 사용할 수 있다. 2가지 상이한 메소겐 종이 실록산에 의해 결합된 비대칭 시스템(ABC형) 또한 사용할 수 있다.
적합한 화합물의 한 가지 예가 다음에 도시된다.
Figure 112008079227526-PCT00008
'고체'→44℃ →SmC* →87℃ →이소
이와 같은 예 및 이후의 예에서 당해 상 분류 '고체'를 사용하는 것은, 강유전성 스위칭이 50V/㎛ 미만의 전기장 인가시에 1초의 시간 척도 이내에 관찰되지 않는 상을 포함한다.
에스테르를 기본으로 하는 적합한 화합물의 또 다른 예는 다음과 같다.
Figure 112008079227526-PCT00009
위의 화학식 3에서,
Z는
Figure 112008079227526-PCT00010
이고,
f는 6 내지 8이다.
적합한 화합물의 또 다른 종류는 화학식 4의 터페닐이다.
Figure 112008079227526-PCT00011
위의 화학식 4에서,
R은 W 또는 CdH(2d+1)이고, 여기서, d는 1 내지 10이고, W는
Figure 112008079227526-PCT00012
,
Figure 112008079227526-PCT00013
, 피리미딘 또는 톨란이고;
R' 및 R"는 독립적으로 CrH(2r+1)(여기서, r은 1 내지 4이다) 및 페닐 그룹으로부터 선택되고;
c는 1 내지 10이고;
n은 3 내지 12이고;
a는 0 또는 1이고;
L은 독립적으로 H 및 할로겐으로부터 선택되고;
m은 1 또는 2이고;
s는 1 또는 2이고;
q는 0 또는 1이고,
T는 O, COO, OCO, CH=N, N=CH, CF2O, OCF2, NHCO 또는 CONH이고;
Y는 독립적으로 H, 할로겐, NO2, CN, CH3 및 CF3로부터 선택되고;
Q는 O, COO 또는 OCO이고;
b는 0 또는 1이고;
X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로-치환된 알킬 그룹이다.
적합한 올리고실록산 액정 물질을 제공하는 다른 종류의 화합물은 피리미딘 또는 톨란을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
본 발명을 사용하는 경우, 쌍안정성 스위칭은 정렬 층으로서 폴리아미드(나일론)를 사용하여 입증되었다. 작은 결함은 전기장 처리에 의해 용이하게 복구된다.
FLC 직시 디스플레이 또는 규소 상의 액정(LCoS) 디바이스에 이용가능한 적당한 전압을 만들어, 디바이스가 최초에 정렬될 수 있게 한다. 당해 물질은 SmC* 위에 전기장을 사용하여 효과적으로 정렬되어, 최소 결함(예: 영역 경계 및 무작위로 정렬된 영역)을 갖는 일정하게 정렬된 단일영역이 형성될 수 있다. 당해 물질이 일정하게 정렬된 경우, LC 매질은 적합한 배향으로 회전되고, 필요한 경우, 동 일 반응계 내에서 회복될 수 있다.
정방형파 전기장은 최초 셀 정렬에 사용할 수 있다. 단일영역을 회전시켜 적절한 배향을 수득하는 것이 필요한 경우, 비대칭 파형이 일반적으로 적용되지만, 장 변수(예: 파형, 진폭, 주파수, 직류 옵셋 등)를 조심스럽게 고려하는 것이 중요한데, 그 이유는 최적 범위는 화합물로부터 화합물로 변하는 것으로 나타나 있기 때문이다. 동상적으로 전기장은 약 10Hz 내지 약 25kHz 범위의 값을 갖는 주파수에서 약 1 내지 약 25V/㎛ 범위의 값을 갖는다. 본 발명에서, 쌍안정성은 회전 후에도 유지된다.
실시예 1
3개의 올리고실록산-터페닐 메소젠에 대한 데이터를 표 1에 제시한다. 경사각 및 자발적 편광도는, 전기장을 사용하여 정렬되고 회전된 디바이스를 사용하여 측정하였다. 비-평행 러빙된 나일론 정렬 층을 갖고 3 내지 4.5㎛의 셀 간극을 갖는 액정 시험 셀을 사용하였다.
Figure 112008079227526-PCT00014
실시예 2
화합물 2A를 함유하는 시험 셀(n=1; 이소→87℃ →SmC* →44℃ →고체; θ 약 45°)을, 비-평행 러빙된 나일론 정렬 층을 가지며 1.5 내지 3.5㎛ 사이에서 변하는 간극을 갖는 셀을 충전시켜 제조하였다. 인가된 전압은 Hewlett Packard 33120A 함수 발생기를 사용하여 발생시키고, Hewlett Packard 6827A 쌍극성 전원 장치/증폭기에 의해 증폭시켰다. 층 재배향 공정은, Vickers Photoplan 편광 현미경을 사용하여 관찰하였다. Instec STC200로 제어되는 Instec HCS302 핫 스테이지를 사용하여 샘플의 온도를 조절하였다. 단일 영역 서가 구조가, 등방성 상으로부터 투명점 이하의 온도로 냉각시에 대칭 정방형파 전압을 사용하여 형성되었다. 정렬 장의 진폭은 200Hz 내지 2kHz의 주파수를 사용하여 냉각 공정 동안에 온도에 따라 5 내지 8V/㎛ 범위였다. 단일 영역은 정렬 공정 후에 육안으로 확인되었다.
층 회전은, 화합물 2A에서 비대칭 AC 파형을 인가하여 유도시켰다. 층 회전은 동일 반응계 내에서 현미경을 사용하여 모니터링하였다. 모든 파형이 직류 평형이 되도록 선택하였다. 다수의 상이한 주파수에서 18V/㎛ 이하의 장 진폭을 사용하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회전 속도는 인가된 전압의 주파수에 의존하였다. 50V 피크 전압 톱니파를 3.5㎛ 두께 셀에 인가하였다(약 14.3V/㎛). 최적 주파수는 70℃에서 약 3kHz인 것으로 밝혀졌으며, 이는 온도가 감소하면서 더욱 낮은 주파수로 이동하였다. 50℃에서, 1kHz 주파수는 3kHz보다 효율적으로 회전하였다. 당해 층은 동일한 진폭이지만 반대 방향인 비대칭 파형을 인가함으로써, 최초 위치로 역회전하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 간단한 대칭 정방형 파형은 층을 원래 상태로 역회전시키는 것으로 밝혀졌다. 쌍안정성의 확인은 쌍극성 펄스를 인가함으로써 회전시킨 후에 수행하며, 이때 펄스 폭은 2.5ms이고 47.5ms 지연이 펄스 사이에 존재하였다(도 3).
화합물 2A의 화학적 구조
Figure 112008079227526-PCT00015
실시예 3
실록산계 강유전성 액정 화합물 1A를 합성하였다. 당해 화합물은 냉각시에 상 서열 이소→80℃ →SmC* →32℃ →고체를 가졌다. 당해 화합물을 2개의 산화주석인듐(ITO) 도포된 유리 기판 사이에 놓고, 이때 내부 표면은 정렬 층으로서 비-평행 러빙된 나일론 6으로 도포하였다. 셀의 간극 크기는 스페이서 비드를 사용하여 조절하며, 3 내지 4.5㎛ 범위였다.
당해 시험 디바이스를 광검출기, 디지털 카메라, 및 Instec STC200에 의해 제어되는 Instec HCS302 핫 스테이지가 장착된 교차 편광 투과 현미경(Olympus BX51)에 놓았다. Tektronix AFG3101 임의 신호 발생기로부터의 출력이 FLC F20A에 의해 증폭되어 시험 셀을 구동시켰다. 광 신호는 Tektronix TDS3034B 오실로스코프 위에서 현미경 위에 설치된 광검출기를 통해 모니터링하였다.
단일 영역 서가 구조는, 등방성 상으로부터 투명점 이하의 온도로 냉각시에, 조건을 변화시키는 대칭 정방형 파를 사용하여 형성시켰다. 정렬 장의 진폭은 8 내지 18V/㎛ 범위이며, 이때 주파수는 500Hz 내지 3kHz였다. 단일 영역의 존재는 정렬 공정 후에 육안으로 확인되었다. 경사각(θ), 응답 시간(τr) 및 자발 분극(Ps)을 측정하고, 수득된 특성을 표 2에 나타내었다. 당해 화합물에 대한 쌍안정성 프로파일은 쌍극성 펄스를 인가하여 확인하였으며, 이때 펄스 폭은 50㎲이고 6.5ms 지연이 펄스 사이에 있으며, 프로파일은 도 4에 도시되어 있다.
화합물 1A의 화학적 구조
Figure 112008079227526-PCT00016
Figure 112008079227526-PCT00017
특정한 대표적 양태 및 상세한 설명은 본 발명을 예시할 목적으로 나타내었지만, 당해 분야의 전문가에게 첨부된 청구의 범위에 정의된, 본 발명의 범위를 이탈하지 않으면서 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 명백하다.

Claims (21)

  1. 서로간의 사이에 간극이 있는 한 쌍의 기판; 전극이 상기 기판들 중의 한 쪽에 한 쌍으로 배치되거나 각각의 상기 기판에 하나씩 배치된, 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 배치되고 I→SmC* 상 서열을 나타내며 화학식 1의 화합물이 아닌 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 포함하는 하나 이상의 액정 셀을 포함하며,
    작동시에 쌍안정성인, 액정 전기광학 디바이스.
    화학식 1
    Figure 112008079227526-PCT00018
    위의 화학식 1에서,
    R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹, 또는
    Figure 112008079227526-PCT00019
    그룹이고,
    R'는 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이고,
    T는 OOC 또는 COO이고,
    X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹, 또는 하나 이상의 키랄 중심 을 갖는 할로겐-치환된 알킬 그룹이고,
    Y는 F이고,
    m은 0, 1 또는 2이고,
    p는 1, 2, 3 또는 4이고,
    n은 10, 11 또는 12이다.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 기판이 내부 표면 위에 정렬 층을 갖는, 액정 전기광학 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정렬 층이 유기 도막 및 무기 도막으로부터 선택되는, 액정 전기광학 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 정렬 층이 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 산화규소, 실란 및 폴리실란으로부터 선택되는, 액정 전기광학 디바이스.
  5. 제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬 층이 패턴화된, 액정 전기광학 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 기판에 하나의 전극이 존재하는, 액정 전기광학 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전극이 내부 표면의 선택된 영역을 덮는, 액정 전기광학 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전극이 투명 전극인, 액정 전기광학 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 기판이 투명한, 액정 전기광학 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 간극이 약 0.5 내지 10㎛인, 액정 전기광학 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 한 쌍의 기판에 인접한 한 쌍의 편광자를 강유전성 올리고실록산 액정 물질 반대편의 기판 면 위에 추가로 포함하는, 액정 전기광학 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 올리고실록산 액정 물질이 강유전성 액정 물질과 배합된, 액정 전기광학 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 올리고실록산 액정 물질의 경사각이 약 20°이상인, 액정 전기광학 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 올리고실록산 액정 물질이 화학식 2의 화합물인, 액정 전기광학 디바이스.
    화학식 2
    Figure 112008079227526-PCT00020
    위의 화학식 2에서,
    R은 W 또는 CdH(2d+1)이고, 여기서, d는 1 내지 10이고, W는
    Figure 112008079227526-PCT00021
    ,
    Figure 112008079227526-PCT00022
    , 피리미딘 또는 톨란이고;
    R' 및 R"는 독립적으로 CrH(2r+1)(여기서, r은 1 내지 4이다) 및 페닐 그룹으로부터 선택되고;
    c는 1 내지 10이고;
    n은 3 내지 12이고;
    a는 0 또는 1이고;
    m은 1 또는 2이고;
    s는 1 또는 2이고;
    q는 0 또는 1이고,
    T는 O, COO, OCO, CH=N, N=CH, CF2O, OCF2, NHCO 또는 CONH이고;
    Y는 독립적으로 H, 할로겐, NO2, CN, CH3 및 CF3로부터 선택되고;
    L은 독립적으로 H 및 할로겐으로부터 선택되고;
    Q는 O, COO 또는 OCO이고;
    b는 0 또는 1이고;
    X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로-치환된 알킬 그룹이다.
  15. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 올리고실록산 액정 물질이 화학식 4의 터페닐을 포함하는, 액정 전기광학 디바이스.
    화학식 4
    Figure 112008079227526-PCT00023
    위의 화학식 4에서,
    R은 W 또는 CdH(2d+1)이고, 여기서, d는 1 내지 10이고, W는
    Figure 112008079227526-PCT00024
    또는
    Figure 112008079227526-PCT00025
    이고;
    R' 및 R"는 독립적으로 CrH(2r+1)(여기서, r은 1 내지 4이다) 및 페닐 그룹으로부터 선택되고;
    c는 1 내지 10이고;
    n은 3 내지 12이고;
    a는 0 또는 1이고;
    L은 독립적으로 H 및 할로겐으로부터 선택되고;
    m은 1 또는 2이고;
    s는 1 또는 2이고;
    q는 0 또는 1이고,
    T는 O, COO, OCO, CH=N, N=CH, CF2O, OCF2, NHCO 또는 CONH이고;
    Y는 독립적으로 H, 할로겐, NO2, CN, CH3 및 CF3로부터 선택되고;
    Q는 O, COO 또는 OCO이고;
    b는 0 또는 1이고;
    X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로-치환된 알킬 그룹이다.
  16. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 올리고실록산 액정 물질이 피리미딘을 포함하는, 액정 전기광학 디바이스.
  17. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 올리고실록산 액정 물질이 톨란을 포함하는, 액정 전기광학 디바이스.
  18. 제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 전기광학 디바이스가 능동 매트릭스 직시형 FLC 평면 패널 디스플레이, 수동 매트릭스 직시형 FLC 평면 패널 디스플레이 및 규소 상의 액정(LCoS: liquid crystal on silicon) 디바이스로부터 선택되는, 액정 전기광학 디바이스.
  19. 기판들 중의 한 쪽에 한 쌍의 전극이 배치되거나 각각의 기판에 하나의 전극이 배치되도록 한 쌍의 전극을 갖는, 서로간의 사이에 간극이 있는 한 쌍의 기판을 제공하는 단계;
    상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에, I→SmC* 상 서열을 나타내며 화학식 1의 물질이 아닌 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 제공하는 단계;
    강유전성 올리고실록산 액정 물질을 냉각시키면서 또는 강유전성 올리고실록산 액정 물질을 SmC* 상으로 하면서 또는 둘 다를 수행하면서, 제1 전기장을 인가하여 액정 디바이스를 정렬시킴으로써 단일영역(monodomain)을 생성시키는 단계를 포 함하는, 액정 전기광학 디바이스의 제조방법.
    화학식 1
    Figure 112008079227526-PCT00026
    위의 화학식 1에서,
    R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹, 또는
    Figure 112008079227526-PCT00027
    그룹이고,
    R'는 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹이고,
    T는 OOC 또는 COO이고,
    X는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 알킬 그룹, 또는 하나 이상의 키랄 중심을 갖는 할로겐-치환된 알킬 그룹이고,
    Y는 F이고,
    m은 0, 1 또는 2이고,
    p는 1, 2, 3 또는 4이고,
    n은 10, 11 또는 12이다.
  20. 제19항에 있어서, 제2 전기장을 인가하여 상기 단일영역을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 액정 전기광학 디바이스의 제조방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 액정 전기광학 디바이스에 제3 전기장을 인가하여 디바이스 내의 결함을 복구시키는 단계를 추가로 포함하는, 액정 전기광학 디바이스의 제조방법.
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