KR0163936B1 - 액정 디스플레이 액정용 강유전성 액정 도판트 - Google Patents

Abstract

수직 배향 모드의 액정 디스플레이용 액정셀에서 통상적으로 사용하는 키랄네마틱 액정 도판트 대신에 이전에는 도판트로 전혀 사용하지 않았던 강유전성 액정을 도판트로 사용하여 기존의 액정 디스플레이보다 용이하게 피치를 형성시킴으로써 우수한 시야각 특성, 투과율 그리고 전압 유지비의 전기-광학 특성을 갖는 액정 디스플레이를 구현한다.

Description

[발명의 명칭]

액정 디스플레이 액정용 강유전성 액정 도판트

[발명의 상세한 설명]

[산업상 이용분야]

본 발명은 액정 도판트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직 배향 모드(Homeotropic mode)에서 키랄 네마틱(chiral nematic: N^*) 액정 도판트 대신에 강유전성 액정(SmC^*)을 도판트(dopant)로 사용하여 기존의 액정 디스플레이보다 용이하게 피치(pitch)를 형성시킴으로써 투과율(transmittance), 시야각(viewing angle)그리고 전압유지비(voltage holding ratio)의 전기-광학 특성을 향상시킨 액정 디스플레이 액정용 강유전성 액정 도판트에 관한 것이다.

[종래 기술]

기존의 액정 디스플레이는 네마틱 액정에 키랄 네마틱 도판트를 소량 첨가하여 키랄리티(chirality)를 얻고 이를 통하여 구현된다. 네마틱상을 형성하는 화합물과 키랄 화합물이 혼합되었을 때에 네마틱 액정의 방향자에 수직한 나선 축을 갖는 비틀린 구조가 유도되어 키랄 네마틱상이라고 불리는 콜레스테릭상이 만들어지며 기호로 N^*으로 나타낸다. 이 구조에서는 분자들을 유리 표면에 평행하게 놓이도록 하면 액정은 유리 표면에 수직한 나선축을 가진 구조를 가지게 된다. 이 상태에서 시편은 투명하게 나타난다. 만약 액정의 나선축이 전기장에 대하여 수직한 방향을 선호한다면, 이 구조가 배열되지 않은 작은 영역으로 나누어지기 때문에 상당히 높은 전압이 인가될 때 투명한 상태의 구조가 탁하게 나타나며 밝게 산란되는 이러한 상태는 전압이 제거된 후에도 여전히 남아 있게 된다. 전압이 높고 전압의 극성이 빠르게 반전될 때 시편은 원래의 투명한 배열 상태로 복원된다. 이 액정 디스플레이는 켜기 위해서는 약 40∼100V, 끄기 위해서는 거의 300V의 매우 높은 전압이 필요하다. 그리고 응답속도는 상당히 길어 T_on= 0.08초, T_off= 1초정도이며 대비비 또한 좋지 않다.

또한 전기장에 평행한 배열을 선호하는 키랄 네마틱 액정을 사용하는 경우에는 정확하게 준비된 시편에서 액정은 밝은 흰색으로 나타나는, 수많은 작은 영역으로 구성된 배열이 되지 않는다. 그러나 전압이 인가되면 분자들이 유리 표면에 수직으로 향하게 되어 투명하고 균일한 구조가 되고 전압이 제거되면 액정이 배열되지 않은 이전의 구조로 다시 돌아가기 때문에 전기장에 평행한 배열을 선호하는 키랄 네마틱 액정을 사용하는 구조에서는 저장 능력이 없다. 그러므로 이 구조의 응답시간(response time)이 비록 매우 짧다고 하더라도 대비비는 여전히 빈약한 상태로 남아있게 된다.

그러나 아직까지는 키랄 네마틱 이외의 도판트를 사용하여 디스플레이를 구현하는 경우가 없으며 기존의 액정과 도판트는 변화시키지 못하고 그 외의 여러가지 인자들을 이용하여 문제점들을 해결하고 있는 시도가 진행되고 있는 실정이다.

[본 발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명의 목적은 수직 배향 모드에서 키랄 네마틱 액정 도판트 대신에 아직까지 시도되지 않았던 강유전성 액정을 도판트로 사용하여 기존의 디스플레이보다 쉽게 피치를 형성시킴으로써 시야각 특성을 개선시켜 새로운 개념의 액정 디스플레이를 개발하기 위한 것이다.

[본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 상기한 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명에 있어서, 강유전성 액정을 포함하는 액정 디스플레이 액정용 도판트를 제공한다.

강유전성 액정의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％이며 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 모드인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명은 액정과 강유전성 액정 도판트를 포함하는 액정 디스플레이용 액정 조성물을 제공한다.

강유전성 액정 도판트의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％이며 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 모드인 것이 바람직하다.

또한 일정한 공간을 사이에 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 절연기판과 절연기판 위에 형성되어 있는 투명성 전도물질로 된 전극과 그 전극위에 액정분자들이 일정방향으로 배열되도록 하는 액정배향막과 상기 투명전극과 상기 액정배향막이 형성되어 있는 두개의 절연기판사이에 형성되어 있는 일정한 공간내에 주입되어 있는 액정 조성물을 포함하는 액정셀에 있어서, 상기 액정 조성물은 액정과 강유전성 액정 도판트를 포함하는 액정셀을 제공한다.

강유전성 액정 도판트의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％이며 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 모드인 것이 바람직하다.

다음은 본 발명의 보다 쉽게 이해하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

[셀 제작]

[실시예 1]

음의 유전율 이방성을 가진 순수한 액정셀에 강유전성 액정을 0.1 중량％ 첨가한 셀을 제작하였다. 사용한 액정은 머크(Merck)사의 RG099507(△ε0)이고 배향막은 수직배향막으로서 JALS204를 사용하였으며 강유전성 액정은 FELIX-15-000을 사용하였다.

[실시예 2]

강유전성 액정을 0.3 중량％ 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 셀을 제작하였다.

[실시예 3]

강유전성 액정을 0.5 중량％ 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 셀을 제작하였다.

[비교예 1]

음의 유전율 이방성을 가진 순수한 액정셀을 제작하였다.

[비교예 2]

음의 유전율 이방성을 가진 순수한 액정셀에 도판트를 0.5 중량％을 섞은 셀을 제작하였다. 도판트는 S-811을 사용하였다.

[전기-광학 특성 평가]

상기의 실시예 1 내지 실시예 3 그리고 비교예 1 및 비교예 2에서 제작한 5개 액정셀의 전압-투과율 곡선, 시야각 그리고 전압 유지비의 전기-광학 특성을 하기와 같이 측정하였다.

[전압-투과율(voltage-transmittance) 곡선]

전압-투과율 곡선의 측정 결과는 표1에 나타내었다. 순수 액정셀에 비해 도판트를 첨가한 경우와 강유전성 액정을 첨가한 경우가 임계전압이 약간 높다. 그러나 큰 임계전압의 증가는 없으며 도판트에 비해서 강유전성 액정을 첨가한 경우 훨씬 가파른 곡선을 보여준다.

[시야각]

제조한 5개의 각 액정셀의 시야각을 측정하여 그 결과를 표2에 나타내었다. 순수 액정셀과 도판트를 첨가한 셀에 비해 강유전성 액정을 첨가한 경우는 강유전성 액정의 양에 관계없이 상하 좌우 대칭적으로 약 2°∼ 7°정도의 시야각이 향상되었다.

[전압 유지비(voltage holding ratio: V)]

제조한 5개의 각 액정셀의 전압 유지비를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 도판트를 첨가한 경우와 순수 액정셀에 비하여 0.1 중량％의 강유전성 액정을 첨가한 경우에 특히 전반적으로 높은 값을 가졌으며 온도가 높아질수록 그 차이는 더욱 심해졌다.

위의 실험 결과들로부터 수직 배향 모드의 액정셀에서 순수 액정셀과 도판트를 첨가한 셀보다 강유전성 액정을 사용한 경우에 시야각은 X축, Y축으로 대칭적으로 향상하였으며 우수한 전압-투과율 그리고 전압 유지비의 전기-광학 특성을 보여주었다. 이로써 강유전성 액정을 도판트로 사용하여 제작한 액정 디스플레이의 새로운 가능성을 확인하였다. 그리고 DSC121로 실험한 결과 강유전성 액정을 도판트로 사용하였을 때에 발생하게 될 안정성에 있어서도 문제가 없음을 확인하였다. 또한 강유전성 액정의 적정 농도를 구하여 액정셀을 제작하면 쌍안정(bistable) 구조의 셀 상태(cell state)를 얻어 응답시간을 감소시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 강유전성 액정을 포함하는 액정 디스플레이 액정용 도판트.
2. 제1항에 있어서, 상기 강유전성 액정의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％인 액정용 도판트.
3. 제1항에 있어서, 상기 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 모드인 액정용 도판트.
4. 액정과; 강유전성 액정 도판트를; 포함하는 액정 디스플레이용 액정 조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 강유전성 액정 도판트의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％인 액정 조성물.
6. 제4항에 있어서, 상기 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 모드인 액정 조성물.
7. 일정한 공간을 사이에 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 절연기판과; 상기 절연기판 위에 형성되어 있는 투명성 전도물질로 된 전극과; 상기 전극위에 액정분자들이 일정방향으로 배열되도록 하는 액정 배향막과; 상기 투명전극과 상기 액정배향막이 형성되어 있는 두 개의 절연기판사이에 형성되어 있는 일정한 공간내에 주입되어 있는 액정 조성물을 포함하는 액정셀에 있어서, 상기 액정 조성물은 액정과 강유전성 액정 도판트를 포함하는 액정셀.
8. 제7항에 있어서, 상기 강유전성 액정 도판트의 첨가량은 0.1 중량％ ∼ 10.0 중량％인 액정셀.
9. 제7항에 있어서, 상기 액정 디스플레이의 배향모드는 수직 배향 보드인 액정셀.