KR830001372B1

KR830001372B1 - 액정 조성물

Info

Publication number: KR830001372B1
Application number: KR1019790004046A
Authority: KR
Inventors: 페터 레인스 에드워드
Original assignee: 지. 피. 커스톤; 영국 국방성
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1983-07-19
Also published as: KR830001357A

Abstract

내용 없음.

Description

액정 조성물

제 1도는 디지탈 장치의 사시도.

제 2도는 제 1도의 단면도.

제 3도는 제 1도의 후부의 전극 배열.

제 4도는 제 1도의 전부의 전극 배열.

제 5도, 제6도, 제7도는 도면 1-4에서의 전형적인 전압표시도.

제 8도는 빛이 교차된 편광기 사이에 배열된 트위스트된 네마틱 셀을 통과하여 이동할 때, 전압에 따른 빛의 이동을 나타낸 그래프.

본 발명은 액정 조성물에 관한 것이다.

보통 액정 장치는 유리 슬라이드 사이에 7내지 12μm 두께의 액정 물질층이 삽입되어 만들어진다. 슬라이드에 있는 전극 구조는 액정물질층에 전압을 통과시킬 수 있도록 되어 있어 액정 물질의 분자의 분자배열을 변화시킨다. 이 사실은 여러가지 형의 장치, 예를 들어 디지탈 시계, 소형 계산기, 전압기 등에서 관찰할 수 있다. 다른 형태의 액정 장치로는 상변화 효과, 동적산란(dynamic scattering), 트위스트된 네마틱 장치 등이 있다.

본 발명은 전압이 걸리지 않은 "OFF" 상태(이 상태는 광학적으로 활성인 상태, 즉 편광면이 90℃로 회전된 상태인데 이것은 슬라이드의 표면을 처리하여 분자 배열을 닦은 방향과 반대 방향에서 닦은 방향과 같도록 하면 된다)의 트위스트된 네마틱 장치에 관한 것이다. 이런 장치는 전압을 적용하였을 때 이의 광학적 활성, 즉 회전력이 상실되어 "ON" 상태로 된다. 따라서 편광기가 교차된 상태 또는 평행인 상태에 놓였을 때 이 장치는 광학적 셔터 역할을 하여 전극과 전압에 의해서 표시판이 나타나게 된다.

전압을 적용하는 방법에는 멀티플렉싱(multiplexing)이란 것이 있는데 이 방법은 미리 결정된 순위대로 다른 전압을 적용시키는 것이다. 이렇게하여 액정 층은 두 가지의 전압수준(0 은 아님)을 갖게 되는데 하나는 장치를 "OFF" 상태에서 "ON" 상태로 변화시키는데 사용되는 역치(threshold) 전압보다 낮아야 하고 다른 하나는 높아야 한다.

이런 장치에서 문제점은, 표준 입사(入射)에서 장치는 "OFF" 상태이나 45°입사일 때는 "ON" 상태를 나타내어 숫자 표시가 모호하게 나타나는 점이다.

이런 장치에서 다른 문제점은 역치전압이 온도에 따라 변한다는 사실이다. 즉 장치가 어느 한 온도에서는 적당하나 다른 온도에서는 그렇지 않다. 온도에 따라 변하는 역치전압을 감소시키는 방법은 U. K. P. A. 제 45 627/77호에 기술된 바와 같이 다른 형태의 액정물질을 혼합하면 된다. 이 문헌에는 결정성 네마틱-등방성 상을 갖는 물질과 결정성-네마틱-스맷틱-네마틱-등방성 상을 갖는 물질과의 혼합물이 기술되어 있다. 생성된 혼합물은 스맷틱상을 나타내지는 않는다.

손목시계 같은 소형 시계에서 생기는 문제점은 적당한 전압수준을 공급하는 데 있다. 역치전압은 표준 1.5볼트 건전기를 사용할 수 있도록, 낮을수록, 즉 3볼트보다 낮을수록 바람직하다. 영국 특허원 제 37,956/77호에는 낮은 역치 전압을 갖는 물질의 혼합물들이 기술되어 있다. 이런 혼합물에는 시아노 비페닐류

[여기서 X는 짧은 n-알킬그룹 C_nH_2n+1(n은 짝수임)이거나 짧은 n-알콕시그룹 C_mH_2m+1(m은 홀수임)이다]이 있으며 바람직하게는 n

⁶, m

⁵인 것이다.

멀티플랙스된 장치에 사용되는 이상적인 액정 혼합물은 각이 모호하지 않아야 하고 역치전압이 온도에 따라 변하지 않아야 하며 낮은 작동 전압을 가져야 한다. 그러나 물질이 상기 조건을 다 갖추기는 어렵고 절충되어야 한다. 본 발명의 목적은 현재 통용되는 물질보다 진보된 물질을 얻는 데 있다.

본 발명에 따라 액정 장치에 사용되는 액정 조성물은 다음 그룹 1의 액정물질 중 적어도 하나(단 그룹 1의 물질 중 적어도 하나는 n=2 4이거나 m=3인 물질임), 다음 그룹 2의 액정 물질중 적어도 하나, 및 에스테르 액정물질(그룹 3)로 이루어지며, 에스테르 물질은 충 혼합물 중량의 10내지 90%로 존재하고 그룹 2의 물질은 총 혼합물 중량의 5내지 30%로 존재한다.

상기 일반식에서 m, n, p, q, r 및 s는 정수이다.

그룹 3의 에스테르의 양은 총물질 중량의 30내지 70%인 것이[바람직하며 그룹 3의 에스테르는 말단에 시아노 그룹을 갖지 않아야 한다.

그룹 3의 에스테르는

형일 수 있으며 여기서 R₁및 R₂는 알킬 또는 알콕시 그룹이다. 바람직하게는 R₁및 R₂가 모두 n-알킬인 것이다.

에스테르는 다음 물질의 혼합물일 수도 있다.

(다름 슈타트 소재의 E. Merck Co. 제품 ZLI 1052의 상품명으로 시판됨)

다른 에스테르는 다음 일반식을 갖는다.

상기식에서 R₃및 R₄는 알킬이다.

상기에서 알킬 및 알콕시그룹은 모두 측쇄가 아닌노르말(n) 형태이다.

비페닐 물질은_n=0, 2, 4, 6 …이고_m=1, 3, 5 …이다.

이떤 경우, 비페닐 물질은 n=짝수 중 낮은 값, 즉 n=0, 2, 4, 6과 m=홀수 중 낮은 값, 즉, m=1, 3, 5의 값을 가지며

의 값이 낮은, 즉 6 이하일 수 있다.

또한 비페닐은 n=1, 3, 5이고 m=2, 4, 6의 값을 가질 수도 있다.

어떤 경우 n 및 m은 낮은 값, 즉 n=1, 3,5 이고 m=2, 4(여기서

의 값은 5 이하임)의 값을 가질 수도 있다.

본 발명에 따라, 액정 표시판 장치는 두 개의 슬라이드 사이에 본 발명의 액정 혼합물층을 배열하는 데 두개의 슬라이드 중 적어도 하나는 투명하고 두 개의 슬라이드 표면에 전극구조를 모두 장치하여 액정층을 통과하는데 진보된 액정 분자 트위스트를 얻을 수 있도록 되어 있다.

이 장치는 교차되거나 평형인 선형 편광기 사이에 배열되며, 반사기는 한개의 편광기에 근접되어 표시판은 반사된 빛에 의해서 나타난다. 반사기는 부분적으로 반사하고 필요한 경우 텅스텐광(또는 다른 적합한 광원)을 배열하여 반사기를 통하여 표시판을 비추도록 한다.

본 발명은 첨가된 도면을 참조하여 상세히 설명할 수 있다.

도면 1-4에 나타난 장치는 셀 1, 앞뒤로 위치한 유리 슬라이드 2, 3(스페이서 4에 의해 7μm의 폭으로 떨어져 있으며 에폭시 수지 아교풀로 모두 고정되어 있음)로 이루어져 있으며, 전부(前部) 유리 슬라이드 2의 앞에는 편광측과 수평으로 배열된 전부(前部) 편광기 5가 있고 후부(後部) 편광기 6 뒤에는 반사기 7이 장치되어 있다.

100A°의 두께의 산화주석으로 된 전극 8, 9는 슬라이드 2, 3의 내면에 용착시키고 부식시켜 도면 3, 4에 나타난 바와 같은 모양으로 만든다. 표시판은 숫자판 10당 7개의 바(Bar)와 각 숫자 사이에 소숫점 11로 이루어진다. 도면 3에 나타나 있듯이, 후부의 전극 구조는 3개의 전극 x₁x₂, x₃으로 형성되며 전부의 전극구조는 각 숫자판과 소숫점당 3개의 전극 y₁y₂, y₃로 형성된다. 각 숫자판당 6개의 전극을 사용한다는 사실은 8개 성분 각각이, 근접된 x, y전극에 적합한 전압을 적용시킴으로 인해 독립적으로 전압을 갖는다는 것을 의미한다.

셀을 조립하기 전에 슬라이드 2, 3의 내부를 깨끗이 닦고 0.2 중량%의 폴리비닐알콜(PVA)을 물에 녹인 용액에 살짝 담근다. 건조시킨 후 슬라이드를 부드러운 티슈(tissue)로 한 방향으로 닦은 후 닦은 방향과 직각이고 근접한 편광기의 광학축에 평행인 방향으로 조립한다. 네마틱 액정 물질 12를 슬라이드 2, 3내에 도입하였을 때 슬라이드 표면에 있은 분자들은 슬라이드 내부에 트위스트되어 닦은 방향과 같은 방향으로 놓이게 된다.

셀 1 에 전압이 없을 때 빛은 전부 편광기 5, 셀 1(편광면은 90°로 회전되어 있음), 후부 편광기 6을 통하여 반사기 7을 통과한 후 관찰자에게 되돌아 온다. 두 전극 8, 9사이에 역치 전압 이상의 전압을 적용하였을 경우 전압 액정층 12는 그의 회전력을 상실하게 된다. 따라서 이 위치의 빛은 반사기 7에 도달하지 못하여 관찰자에게 되반사되지 못하므로 숫자판 10 중 한개 또는 그 이상의 바(Bar)가 어둡게 된다.

도면 5, 6 및 7에 나타난 바와 같이 전압은 3가지 형태의 역속적 시간 간격으로 적용된다. 각 x 전극에

의 전압을 걸고 이어서 나머지 x전극에

를 적용시킨다. 한편 y 전극에는

또는

를 적용시킨다.

와

가 만나는 교차점에서 액정층을 통과하는 전압은 3v이고 나머지 점의 전압은 v 또는 -v이다. 따라서, x전극에

의 전압을 전용시켰을 때 y 전극에

의 전압을 적용시키면 선택된 교차점은 "ON" 상태(까만점으로 표시)가 된다. 전압 v는 100Hz 스퀘어 웨이브(square wave)를 표시하고 표시는 상을 나타낸다.

3가지 형의 시간 간격에서 "OFF" 상태는 교차점의 전압이 v이고 "ON" 상태는 3v인데 이 경우에는 앞뒤가 v이므로 r. m. s. 값은 "ON" 상태에서는 v=1.91v이고 "OFF" 상태에서는 v=v이다.

장치가 "OFF" 및 "ON" 일 때의 전압은 다음과 같이 정의할 수 있다[참조 : 도면 1-8]. 서로 서로 수직인 축 X, Y, Z은 도면 1에 나타나 있듯이 표면에 놓여 있고 슬라이드 2, 3의 표면에 각각 수직이다. 빛은 전달표시판(즉 반사기가 없는 도면 2와 같음)을 통하여 z축을 따라 통과하며 이 축을 따라 관찰된다. 전압은 최대 가능한 빛의 10%만이 전달될 때까지 증가되며 이 상태는 "ON' 상태를 나타내며 v₁₀(0°), 즉 (0°입사에서 10% 이동), 로 표시한다. "OFF" 상태는 최대한 90%이상 빛이 이동했을 때의 상태를 말한다.

빛이 이동되어 X, Y, Z측에 대해 45°방향(닦은 방향에 대해 45°)에서 관찰될 경우 이동 커브는 도면 8에 나타난 바와 같다.

"OFF" 상태, 즉 90% 이동는 V₉₀(45°)는 표준 입사 때보다 낮은 전압에서 일어난다. 두가지 닦은 방향에 대해 45°인 4가지의 가능한 방향 중에서, V₉₀(45°)의 값이 가장 낮은 방향이 선택된다. 따라서, 표시판이 모호하지 않으려면 V "OFF" 는 V₉₀(45°)이하이어야 하고 V "ON"이 V₁₀(0°)이상이어야 한다. 이상적인 V₁₀(0°r) V₉₀(45°)의 비율은 일정하여야 하나 이것은 수득하기가 어렵다. 본 발명에 따른 액정 조성물은 V₁₀(0°)/V₉₀(45°)의 값이 낮으며 또 다른 특징은 온도에 따라 V "OFF", V "ON"이 변한다는 점이다. 유용한 파라메타는

(여기서 ΔV는 0°내지 40℃의 온도변화 ΔT에 따른 전압의 변화이고 V는 평균전압이다)이다.

V 및 ΔV는 표준입사(0°또는 45°)에서 90°이동식(즉 "OFF" 상태)측정한다

다음에 열거하는 실시예의 액정 혼합물은 표 1에 기술된 특성을 갖는다.

[실시예 1]

[실시예 2]

[실시예 3]

[실시예 4]

[실시예 5]

[실시예 6]

[실시예 7]

[실시예 8]

[실시예 9-19]

[실시예 20]

[실시예 21]

[실시예 22-27]

[실시예 22]

[실시예 23]

[실시예 24]

[실시예 25]

[실시예 26]

[실시예 27]

[실시예 28]

[실시예 29]

[실시예 30]

[실시예 31]

[실시예 32]

[실시예 33]

[실시예 34]

[실시예 35]

[실시예 36, 37]

[실시예 38, 39]

[실시예 40]

[실시예 41, 42]

[실시예 43-47]

[실시예 43]

[실시예 44]

[실시예 45]

[실시예 46]

[실시예 47]

[실시예 48, 49]

[실시예 50]

실시예 48의 혼합물에 0.5%의 c51(구조식은 후술됨)을 가하여 역으로 트위스트되는 것을 제거한다. 이것은 최대의 양이다.

[실시예 51]

마지막에 기술된 화합물은 Merck 화합물(ZLI 1305)이며 그룹 3의 에스테르 물질을 대신할 수 있다.

[표 1]

^*스맥틱(S_A)에서 네마틱으로(+2℃에서)

^**S_A(~0℃.에서)

^***S_A(~10℃.에서)

성질을 비교하기 위해, 다음 표 2에는 통상적으로 사용되는 비페닐/터페닐의 혼합물의 특성이 기술되어 있다.

[표 2]

소량의 콜레스테릭 물질을 네마틱 물질에 가하여 액정층 내의 분자들에 바람직한 트위스트를 유발시킬수 있다. 이 방법과 슬라이드 표면 처리에 의해서 영국 특허 제 1,472,247호 및 제 1,478,592호에 기술된 표시판의 얼룩짐을 막을 수 있다. 적합한 콜레스테릭 물질로는 다음과 같은 것이 있다.

다른 콜레스테릭 물질을 사용하여 1500 내지 300 미크론의 완전한 혼합물 내의 콜레스테릭 핏치(pitch)를 얻을 수 있다.

소량의 다색염료(영국 특허원 제 42,810/77에 기술된 염료)를 가하여 표시판 콘트라스트를 증진시킬 수 있다.

Claims

다음 그룹 1의 액정 물질 중 적어도 하나(단, 그룹 1의 물질중 적어도 하나는 n이 2 또는 4이거나 m이 3인 물질임), 다음 그룹 2의 액정 물질 중 적어도 하나 5 내지 30 중량 %(혼합물 총중량 기준), 및 말단에 시아노 그룹을 가지지 않는 다음 그룹 3의 에스테르 액정 물질중 적어도 하나 10 내지 90 중량%(혼합물 총중량 기준)로 이루어진 액정 조성물.

상기식에서 n, m. q, r 및 s는 정수이고, R₁및 R₂는 알킬 또는 알콕시이고 R₃및 R₄는 모두 알킬이고, 알킬 및 알콕시는 측쇄가 아니다.