KR100255624B1 - 페이퍼 화이트 pdlc 시스템 - Google Patents

페이퍼 화이트 pdlc 시스템

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KR100255624B1
KR100255624B1 KR1019950700708A KR19950700708A KR100255624B1 KR 100255624 B1 KR100255624 B1 KR 100255624B1 KR 1019950700708 A KR1019950700708 A KR 1019950700708A KR 19950700708 A KR19950700708 A KR 19950700708A KR 100255624 B1 KR100255624 B1 KR 100255624B1
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패트릭 놀란
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플레믹 크리스티안
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Abstract

광학적 등방성인, 투명 중합체 매트릭스내에 미세액적을 형성하는 액정 혼합물을 포함하여 이루어지는 PDLC 필름을 2 전극층 사이에 함유하고, 액정 혼합물의 굴절지수들중 하나가 중합체 매트릭스의 굴절지수 nM와 일치하고, 그 투과율은 전기적 전압의 인가로써 변화될 수 있으며, PDLC 필름이 하기 특성들을 나타냄을 특징으로 하는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템:
(상기식에서은로서 정의되는 액정 혼합물의 평균 굴절지수이다.)
* 평균 액적 직경≤2㎛
* PDLC 필름의 두께 5㎛≤d≤75㎛
* 역산란도≥20%.

Description

페이퍼 화이트 PDLC 시스템
본 발명은 다음에 해당하는 전기광학적 액정 시스템에 관한 것이다;
광학적 등방성인, 투명 중합체 매트릭스내에 미세액적 형태로 분산되어진 액정 혼합물을 포함하여 이루어지는 PDLC 필름을 2 전극 층 사이에 함유하고, 액정 액체 혼합물의 굴절지수들중 하나가 중합체 매트릭스의 굴절지수와 일치하고, 그 투과율은 전기적 전압의 인가에 의해 변화될 수 있다.
본 발명은 또한 역산란도가 개선된 PDLC 필름에 관한 것이다.
PDLC(=polymer dispersed liquid crystal, 중합체 분산된 액정)필름의 제법은 예를 들어 미합중국 특허 제4,688,900호(Mol. Cryst. Liq. Cryst. Nonlin. Optic, 157, 1988, 427-441), WO 89/06264호 및 EP 0,272,585호에 기재되어 있다. 소위 PIPS 기술(=polymerization-induced phase separation, 중합-유도 상 분리기술)에서는 액정 혼합물을 먼저 매트릭스-형성 물질의 단량체 및/또는 올리고머와 균질 혼합한 다음에 중합에 의해 상분리를 유도하며, 라디칼 PIPS, 특히 광라디칼 PIPS와 비-라디칼(예컨대, 열에 의해 유도된)PIPS 사이를 구별할 수 있다. 또한, TIPS(temperature-induced phase separation, 열-유도 상분리)와 SIPS(solvend-induced phase separation, 용매-유도 상분리)(Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonln. Opt. 157(1988) 427)사이를 구별해야 하며, 양자는 역시 PDLC 필름을 제조하는 방법이다.
제조방법은 우수한 전기광학적 성질을 갖는 시스템을 얻기 위하여 매우 주의깊게 조절되어야 한다. 문헌(F. G. Yamagish et al., SPIE Vol. 1080, Liquid Crystal Chemistry, Physics and Applications, 1989, p.24)에서는 “스위스 치즈(Swiss cheese)” 및 “중합체 공(polymer ball)”형태구조 사이를 구별한다. 후자의 경우, 중합체 매트릭스는 서로 혼합 또는 연결된 작은 중합체 입자 또는 “공”으로 이루어지는 반면, 스위스 치이즈 시스템의 경우, 중합체 매트릭스는 연속적이고 액정을 함유하는 뚜렷한 윤곽의 다소 구형의 공극을 나타낸다. 스위스 치이즈 형태구조가 가역적 전기광학적 특성을 나타내기 때문에 바람직하며 반면에 중합체 공 시스템은 독특한 이력현상(hysteresis)을 나타내고 이는 일반적으로 최초 및 2차 수행을 비교할 때 전기광학적 특성 선의 극적 퇴화로 이어진다.
상기 인용한 문헌(Yamagishi et al.)에 따르면, 스위스 치이즈 형태구조는 중합반응이 단계 메카니즘을 통해 수행되는 경우에 촉진되며, WO 89/06264호에는 중합체 매트릭스의 전구체가 다관능성 아크릴레이트와 다관능성 머캅탄으로 이루어지는 경우에 단계 메카니즘이 바람직하다고 지적되어 있다.
경화 온도, 상대 농도 및 예비중합체 성분들의 선택등의 공정 변수의 주의깊은 선택에 의해 영향받을 수 있는 또다른 중요한 점은 미세액적의 평균크기이다. 일반적으로, 비교적 작은 미세액적은 비교적 높은 한계 전압(Vth)를 야기하지만, 스위칭 시간(ton및 toff)이 상대적으로 짧으며, 이는 예컨대 미합중국 특허 제4,673,255호에 토의된 바와 같다. 평균 액적 크기에 영향을 미치는 실험방법이 예컨대 미합중국 특허 제4,673,255호 및 문헌(J. L. West, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt., 157, 1988, 427)에 기술되어 있다. 미합중국 특허 제4,673,255호에, 0.1㎛ 내지 8㎛의 평균 액적 직경이 주어져 있으나, 예를 들어 유리 단일체를 기재로 하는 매트릭스는 15 내지 2.000Å의 직경을 갖는 공극을 갖는다. PN 시스템의 네트워크의 메쉬 나비에 대해, 바람직한 범위 0.5 내지 2㎛가 EP 0,313,053호에 주어져 있다.
PDLC 필름에서, 액정 혼합물의 굴절지수중 하나(통상적으로 보통 굴절지수 no)는 경화된 중합체 매트릭스의 굴절지수 nM와 다소 일치하는 방식으로 선택된다. 경화된 순수한 중합체(액정이 전혀 포함되지 않은)의 굴절지수 nP와 액정 미세액적을 함유하는 경화된 중합체 매트릭스의 굴절지수 nM사이를 구별해야 하며; nM은 매트릭스내에 용해된 액정에 기인하여 nP에서 일반적으로 벗어난다(P. Nolan, M. Tillin and D. Coates, Liquid Crystal Microdroplet Composition in a UV Cured Film, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Lettes, Vol. 8(6), pp. 129-13 참조). 전극에 전압을 전혀 가하지 않는 경우, 액적내 액정분자는 찌그러진 배열을 나타내며, 입사광은 중합체와 액정 상 사이의 상 경계에서 산란한다.
전압을 가하면, 액정분자들은 장(field)에 평행하게 그리고 투과광의 E 벡터에 수직으로 배열된다. 보통 입사광(관찰각 Θ=0。)은 광학적으로 등방성인 매질을 이제 만나고 투명하게 나타난다.
PDLC 시스템은 투과율이 높기 때문에 그 조작에 편광기가 필요치 않다. 특히 투사 용도, 또한 고 정보 함량을 갖는 디스플레이 및 추가적 용도에 대해 이러한 바람직한 투과성을 바탕으로하여 활성 매트릭스 번지지정(addressing)을 구비한 PDLC 시스템이 제안되었다.
PDLC 시스템의 제조에 사용된 액정 혼합물은 광범위한 요구조건을 만족시킨다. 액정 혼합물의 굴절지수들중 하나는 중합체 매트릭스의 굴절지수와 일치하도록 선택된다. 여기서 사용되는 굴절지수의 일치라는 용어는 no(액정 혼합물의 또다른 굴절지수)∼nM인 경우뿐 아니라, no(액정 혼합물의 또다른 굴절지수)〈nM인 조건도 포함하며 이는 예컨대 EP 0,409,442호에 기재된 바와 같이 축-외(off-axis) 헤이즈(haze)를 감소시키고 관찰각을 확대시키도록 선택되기도 한다.
액정 혼합물은 바람직하게는 포지티브 유전성 비등방성을 가지나 유전적 네가티브 액정 혼합물(예컨대, WO 91/0511호 참조) 또는 2-주파수 액정 혼합물(예컨대, N. A. Vaz et al., J. Appl. Phys. 65, 1989, 5043 참조)의 사용이 또한 토의되어 있다.
또한, 액정 혼합물은 저온으로 내려갈수록 높은 투명점, 넓은 네마틱 범위를 가지고 스멕틱 상이 없어야 하며 고안정성을 가지며 특정 용도에 관하여 높은 전기적 비등방성에 의해 최적화할 수 있는 광학적 비등방성 Δn과 유동 점도 η에 의해 구별되어야 한다.
일련의 매트릭스 물질과 중합법이 PDLC 시스템 제조용으로 지금까지 제안되어 왔다. PIPS, SIPS 및 TIPS 기술이 문헌(Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Optics, 157, 1988, 427)에 어느 정도 자세히 기술되어 있다. 문헌(Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Optics, 157, 1988, 427)에 기재된 DLC 시스템은 에폭시 필름을 기재로 하는 것이며, 한편 EP 0,272,585호에는 아크릴레이트 시스템이 나와 있다. WO 89/06264호의 PDLC 시스템은 다관능 아크릴레이트와 다관능 티올을 기재로 하며 문헌(Y. Hirai et al., SPIE Vol. 1257, Liquid Crystal Displays and Applications, 1990, p. 2)에는 그 중합체 매트릭스의 전구체가 단량체 및 올리고머를 기재로 하는 PDLC 시스템이 기재되어 있다. 또한 적당한 매트릭스 물질이 예컨대 미합중국 특허 제3,935,337호, WO 91/13126호 및 그밖의 참고문헌에 기재되어 있다.
PDLC 필름을 함유하는 전기광학적 시스템은 수동적으로 또는 능동적으로 번지지정될 수 있다. 상 점(image point)과 통합된 비선형 번지지정 소자를 갖는 능동 매트릭스를 사용하는 능동 구동 체계는 특히 유용하거나 또는 고 정보 함량을 디스플레이한다. 비선형 소자의 능동 매트릭스에 의한 액정 디스플레이의 번지지정에 관해 더욱 상세하게 예컨대 문헌(A. H. Firestar, SID, 1987, Society for information Display Seminar 5: Active Matrices for Liquid Crystals, E. Kaneko, Liquid Crystal Displays, KTK Scientific Publishers, Tokyo, Japan, 1987, chapter 6 and 7) 또는 문헌(P. M. Knoll, Heidelberg, 1986, p.216 ff)에 나와 있다.
PDLC 시스템을 능동 매트릭스에 의해 번지지정하는 경우, 지금까지 기재된 요구조건보다 더 넓게 적용되는 기준을 미세액적내에 함입하는 액정 혼합물과 경화 중합체가 만족해야 한다. 이는 각 상 점이 번지지정 사이클의 리듬으로 하전되는, 특정 능동 비선형 소자에 대한 전기 용량 부하를 나타내는 사실과 관계된다. 이 사이클에서, 가장 중요한 것은 번지지정된 상 점에 인가된 전압은 상 점이 다음 번지지정 사이클에서 다시 하전될 때까지 단지 약간만 저하한다는 것이다. 상 점에 인가된 전압 강하의 정량적 측정은 비-번지지정된 상태의 상 점을 가로지른 전압 강하와 인가 전압의 비로서 정의된 소위 유지비(holding ratio : HR)이며; HR 측정을 위한 방법은 예컨대, 문헌[Rieger, B. et al., Conference Proceeding der Freiburger Arbeitstagung Flusigkristalle(Freiburg Symposium on Liquid Crystals), Freiburg 1989]에 나와 있다. 낮은 또는 비교적 낮은 HR을 갖는 전기광학적 시스템은 불충분한 콘트라스트를 나타낸다.
PDLC 필름의 광학적 외관을 개선하기 위한 여러 시도가 있어 왔다. 예를 들면, JP 03-186,815호에는 이색성 염료를 첨가함으로써 수득할 수 있는 유색 외관을 갖는 PDLC 필름이 기재되어 있다. JP 03-185,816호에는 디스플레이의 관찰자 측면 위의 색 필터와 후면 상의 흡수제를 포함하여 이루어져 유색 배경상의 흑색 문자를 창출하는 PDLC 시스템이 제안되어 있다.
미합중국 특허 제5,052,784호(Fergason)에는 비-다색성, 특히 형광 염료를 함유하는 유색 NCAP 시스템이 기재되어 있다. 염료 분자는 산란광을 채색, 휘도 부여 및/또는 백색화한다. NCAP 필름은 투명 지지체 매질속으로 장착될 수 있고, 흑색 또는 유색 흡수제는 시스템의 후면에 놓여진다. 염료 성분은 바람직하게는 NCAP 필름내에 있다. 산란광의 광 강도는 전체 내부 반사에 의해 향상될 수 있으며 이는 흡수제와 지지 매질 사이에 공기와 같은 고체, 유체 또는 기체 매질일 수 있는 적당한 반사물질을 둠으로써 이루어진다. 바람직한 실시양태에서, NCAP 필름은 오프(OFF) 상태의 비교적 어두운 배경상의 밝은색 문자를 나타내며 이는 표시되는 다양한 문자들을 나타내는 여러 부분으로 분할되어진 불연속 NCAP 필름을 사용하여 얻어진다.
그러나, PIPS 기술에 의해 제조되는 PDLC 시스템 속으로 염료 성분의 혼입은 일반적으로, 특히 중합이 급진적으로 진행되는 경우에 가능하지 않다. 대부분의 경우에 염료 성분은 매트릭스의 경화를 억제하거나 또는 심지어 방해하며; 나아가 대부분의 경우에 π-전자 시스템을 나타내며, 매우 일반적으로 자유 라디칼 경화를 견디지 못한다. 그러나 또한 TIPS의 경우에 염료 성분의 혼입은 많은 염료 시스템의 불충분한 열안정성에 기인하여 종종 가능하지 않다.
언어 및/또는 그래프 정보의 표시용과 또한 기타 용도에 주로 사용되는 컴퓨터 스크린 및 기타 유형 장치에 대해, 다음과 같은 디스플레이가 요구된다:
백색 또는 백색조의 배경에 대해 어두운, 특히 흑색 또는 유색 문자를 나타내고, 동시에 우수한 또는 한층 높은 콘트라스트를 나타낸다.
페이퍼 화이트 PDLC 시스템으로 정의할 수 있는 이 유형의 전기광학적 시스템은 이제까지 제안된 PDLC 필름으로써 실현될 수 없거나 또는 단지 불충분한 정도로만 실현될 수 있다. 통상적인 PDLC 필름은 몇몇 경우에 백색 또는 백색조의 외관을 나타내나 통상적 PDLC 필름의 은폐력은 너무 낮아 유색 또는 흑색 배경면을 덮을 수 없다. 배경면은 통과해서 빛나며 따라서 PDLC 필름의 백색 또는 백색조 색상을 변질시키며; 나아가, 이러한 시스템의 콘트라스트는 종종 충분하지 않다. 염료 성분의 혼입은 상기 요약된 바와 같은 주요 이유로 인하여 종종 불가능하고, 또한 바람직하지 않은 유색 배경으로 이어진다.
본 발명의 목적은 페이퍼 화이트 PDLC 시스템 속으로 혼입하기에 적당한 백색 또는 백색조의 외관과 고은폐력을 나타내는 PDLC 필름을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 단량체, 올리고머 및/또는 예비중합체, 액정 혼합물, 및 임의적으로 중합 개시제를 함유하는 이러한 PDLC 필름의 전구체이다. 본 발명의 다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 이 분야 숙련이에게는 즉시 분명해진다.
페이퍼 화이트 PDLC 시스템은 다음과 같은 전기광학적 시스템에 의해 구현되는 것을 발견하였다:
미세액적을 형성하는 액정 혼합물을 광학적으로 비등방성인 투명한 중합체 매트릭스내에 포함하여 이루어지는 PDLC 필름을 2 전극층 사이에 함유하고, 액정 혼합물의 굴절지수중 하나가 중합체 매트릭스의 굴절지수 nM과 일치하고, 그 투과율은 전기적 전압의 인가에 의해 변화될 수 있고, PDLC 필름은 하기 특성들을 나타낸다.
(상기식에서은로서 정의되는 액정 혼합물의 평균 굴절지수이다.)
* 평균 액적 직경≤2㎛
* PDLC 필름의 두께 5㎛≤d≤75㎛
* 역산란도(backscatter≥20%.
이 시스템은 작은 간격에 의해, 또는 또다르게는 낮은 굴절지수 접착제를 사용하는 것에 의해 배경면을 PDLC 필름에 부착하여 PDLC 필름으로부터 광학적으로 탈커플링된 흑색 또는 유색 배경면을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 페이퍼 화이트 PDLC 시스템, 이들의 제조방법 및 컴퓨터, 노트 패드(note pad) 등의 적어도 부분적으로 언어 및/또는 그래프 정보를 표시하는 직접 관찰형 전기광학적 장치에의 이들의 용도에 관한 것이다.
페이퍼 화이트 PDLC 시스템이란 용어는
* 높은 역산란도
* 오프-상태에서 PDLC 필름의 우수한 은폐력을 나타내는 전기광학적 시스템을 가리킨다.
신문지 및 서류로부터의 역산란은 약 0.45 내지 0.75로 변화될 수 있으나, 본 발명자에 의하면 조명광의 강도에 대한 역산란광의 강도의 비가 0.20이상 및 바람직하게는 0.25이상인 경우에 만족스러운 정도의 백색도를 갖는 시스템이 얻어진다는 것이 발견되었다. 역산란광의 강도는, 특히 0.25이상, 특히 바람직하게는 0.30이상이다. 특히 바람직하게는 시스템은 0.34이상, 특히 0.34 내지 0.38의 역산란도를 나타낸다.
역산란광의 강도는 적당한 형태의 통합 구를 사용하여 쉽게 측정할 수 있다. 역산란도는 구의 출구에 배치된 광검파기로부터 기록된 역산란 강도에 대한, 구에 들어가는 전체 광 강도의 비이다.
본 발명에 따르는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템의 특성은 시스템의 후면 상에 배열된 흑색 또는 유색 배경면이 통과하여 빛나는 것을 방지하기에 충분히 높아야 하는 오프-상태에서의 PDLC 필름의 은폐력에 의해 가장 잘 나타내어진다. 은폐력은 시스템을 육안 조사하여 평가할 수 있으며; 시스템이 오프-상태에서 회색조 및 약한 유색으로 나타나는 경우 및/또는 보통 PDLC 필름을 둘러싸는 주위 프레임의 색상을 적절히 선택하는 것에 의해 회색조 또는 약한 유색의 시각적 인상을 제거하는 것이 가능하지 않은 경우에 시스템의 은폐력은 충분하지 않다.
본 발명에 따르는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템의 은폐력은 번호매겨진 마커와 함께 경사면을 사용하여 간단하게 측정할 수 있으며; PDLC 필름의 불투명성 또는 은폐력은 관찰할 수 있는 가장 가까운 마커가 필름에 얼마나 가까이 있는가를 주목하여 측정할 수 있다. 상업적으로 입수가능한 고니오스펙트로포토미터(goniospectropotometer)를 또한 사용할 수 있다.
문헌[J. Appl. Phys., 69(1991) Montgomery et al.]에 단일 액적에 대한 Rayleigh-Gans 산란 이론에 근거한 PDLC 필름으로부터의 역산란 비 B에 대한 하기 일반식(1)이 나와 있다.
상기식에서 nM은 중합체의 굴절지수이고, m은 이고,이고,은 액정의 평균 굴절지수이며 ne및 no은 각각 액정 굴절의 이상지수 및 보통지수를 나타낸다)이고, d는 PDLC 필름의 두께이고, η는 PDLC 필름내의 액적이 차지하는 부피 분율이고, λ는 광의 파장이고, a는 액정 반경이고, φb(ka)는 액적 산란 단면적의 함수이고, k는 파동수 2πnp/λ이다.
이 공식으로부터과 nM사이에 불일치가 증가할수록 역산란비가 증가함을 알 수 있다. 이 공식으로부터 출발하여 본 발명자에 의하면특히인 경우에 향상된 특성을 갖는 PDLC 시스템이 얻어진다는 것이 발견되었다.
또한 사용되는 액정 혼합물의 복굴절이 너무 낮지 않게 선택되는 경우에 유리한 특성을 갖는 전기광학적 시스템을 얻을 수 있다는 것이 발견되었다.
액정 혼합물의 복굴절은 바람직하게는 Δn≥0.15, 특히 Δn≥0.18 이상이어야 한다.
특히 바람직한 것은 그 액정 혼합물이 1이상의 하기식 I 화합물을 15 내지 85 중량%, 특히 25 내지 85 중량% 함유하는 본 발명에 따른 전기광학적 시스템이다.
상기식에서 Z1및 Z2는 서로 독립적으로 단일 결합, -CH2CH2-, -COO-, -OCO- 또는 -C≡C-이고, n은 0,1 또는 2이고,는 n=o인 경우에 그리고및중 적어도 하나는 n=1 또는 2인 경우에 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌 또는 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌을, 그에 따라서 다른 기및는 n=1 또는 2인 경우에 임의적으로 또한 트랜스-1,4-시클로헥실렌, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일 또는 트랜스-1,3-디옥산-2,5-디일을 표시하고, X1및 X2는 서로 독립적으로 H 또는 F이고, Q는 CF2, OCF2, C2F4, OC2F4또는 단일 결합이고, Y는 H, F, Cl 또는 CN이고, R은 1,2 또는 3개의 비-인접 CH2기가 또한 -O- 및/또는 -CH=CH-에 의해 치환될 수 있는 13이하의 C원자를 갖는 알킬이다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 혼합물내 식 I 화합물의 비율은 너무 작지않은 것이 바람직하고 특히 15%이상 및 매우 특정하게는 20%이상이다. 40%이상 및 특히 50%이상의 식 I 화합물을 함유하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 혼합물은 바람직하게는 네마틱 또는 네마토제닉(일방성 또는 등방성) 물질, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 비페닐, 터페닐, 페닐 또는 시클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 시클로헥실 시클로헥산카르복실레이트, 페닐 또는 시클로헥실 시클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 시클로헥실 시클로헥실시클로헥산카르복실레이트, 시클로헥실페닐 벤조에이트, 시클로헥실페닐 시클로헥산카르복실레이트, 시클로헥실페닐 시클로헥실시클로헥산카르복실레이트, 페닐시클로헥산, 시클로헥실비페닐, 페닐시클로헥실시클로헥산, 시클로헥실시클로헥산, 시클로헥실시클로헥센, 시클로헥실시클로헥실시클로헥센, 1,4-비스(시클로헥실)벤젠, 4,4'-비스(시클로헥실)비페닐, 페닐- 또는 시클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 시클로헥실피리딘, 페닐- 또는 시클로헥실디옥산, 페닐- 또는 시클로헥실-1,3-디티안, 1,2-디페닐에탄, 1,2-디시클로헥실에탄, 1-페닐-2-시클로헥실에탄, 1-시클로헥실-2-(4-페닐시클로헥실)에탄, 1-시클로헥실-2-비페닐에탄, 1-페닐-2-시클로헥실페닐에탄, 할로겐화 또는 비할로겐화 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨란 및 치환 신남산으로 이루어진 군에서 선택된 물질로부터 선택되는 것이 바람직한 추가 성분들을 함유할 수 있다. 이들 화합물내 1,4-페닐렌 기는 또는 불소화될 수 있다.
본 발명에 따르는 전기광학적 시스템내에 사용되는 액정 혼합물은 또한 하기 식 1 내지 5의 1이상의 유전적 중성 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
상기식 1 및 2에서, L 및 E는 같거나 다를 수 있으며, 각각 서로 독립적으로 -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- 및 -G-Cyc- 및 이들의 거울상을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 이가 라디칼이며, Phe는 미치환 또는 불소 치환된 1,4-페닐렌, Cyc는 트랜스-1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-시클로헥세닐렌, Pyr은 피리미딘-2,5-디일 또는 피리딘-2,5-디일, Dio는 1,3-디옥산-2,5-디일이고 G는 2-트랜스(-1,4-시클로헥실)에틸, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이다.
L 및 E 라디칼중 하나는 바람직하게는 Cyc, Phe 또는 Pyr이다. E는 바람직하게는 Cyc, Phe 또는 Phe-Cyc이다. 본 발명에 따르는 액정은 바람직하게는 L 및 E가 Cyc, Phe 및 Pyr를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 식 1 및 2의 화합물들 중에서 선택되는 1이상의 성분을 함유하고 동시에, 1이상의 성분이 라디킬 L 및 E중 하나가 Cyc, Phe 및 Pyr을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되고 다른 라디칼이 -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 식 1 및 2의 화합물들중에서 선택되고, 바람직하다면, 1이상의 성분이 L 및 E 라디칼중 하나가 -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 식 1 및 2의 화합물들중에서 선택된다.
식 1 및 2의 화합물내의 R및 R는 각각 서로 독립적으로, 바람직하게는 탄소원자수 8이하의 알킬, 알케닐, 알콕시, 알케닐옥시 또는 알카노일옥시이다. 대부분의 이들 화합물에서, R및 R은 서로 상이하며, 이들 라디칼중 하나는 특히 알킬, 알콕시 또는 알케닐이다.
하기 소그룹의 유전적 중성인 식 3 및 4의 화합물이 특히 바람직하다.
상기식에서 R및 R의 의미는 식 1 및 2에서 주어진 바와 같고, Z는 서로 독립적으로 단일 결합 또는 -CH2CH2-이고, 1 및 m은 서로 독립적으로 0 또는 1이고,는 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐 또는 3-플루오로-1,4-페닐렌을 표시한다.
본 발명에 따라 사용되는 액정내의 식 1 내지 4의 화합물의 중량 비율은 바람직하게는 0 내지 50% 및 특히 0 내지 40%이다.
이 분야 숙련인은 액정의 복굴절을 ΔN 및/또는 보통 굴절지수 no및/또는 기타 굴절지수 및/또는 점도 및/또는 유전적 비등방성 및/또는 기타 변수를 특정 용도에 대해 최적화하는 방식으로 다수의 네마틱 또는 네마토제닉 물질로부터 기술된 액정 혼합물에 대한 첨가제를 선택할 수 있다.
액정 혼합물은 또한 예컨대 키랄 화합물 및 기타 통상적 첨가제와 같은 또다른 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제의 농도는 바람직하게는 7.5%이하, 특히 5%미만이다.
중합체의 전구체는 바람직하게는 경화된 중합체의 굴절지수 nM과 조절되어지는 액정 혼합물의 굴절지수, 즉 nO(상기 참조) 사이의 차의 절대값이 0.05를 초과하지 않는, 구체적으로 ｜nM-nO｜≤0.05가 되는 방식으로 선택된다.
특히, 이 불일치는 0.025미만이고 특히 바람직하게는 0.01이하, 더욱 특별하게는 0.008미만이다.
중합체의 전구체는 바람직하게는 1이상의 올레핀성 불포화 단량체 및/또는 올리고머를 포함하여 이루어지는 엔(ene)-형 성분을 기재로 한다.
하기 소그룹의 올레핀성 불포화 단량체가 바람직하며 이들은 본 발명을 제한하지 않고 예시하는 것이다:
비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 메타아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, n-또는 t-부틸아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 페닐옥시에틸아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 저급 알콕시에틸아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 아크릴레이트, 비닐 숙시네이트, N-비닐피롤리돈, N-비닐카르바졸, 스티렌, 디비닐벤젠, 에틸렌 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 드리메틸올프로판 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디트리메틸프로판 테트라아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트또는 헥사아크릴레이트.
아크릴레이트 계 화합물이 특히 바람직하다.
올레핀성 불포화 올리고머의 예는 상업적으로 구입가능한 올리고머 Ebecryl 270(지방족 우레탄/디아크릴레이트), Ebecryl 1810(폴리에스테르/테트라아크릴레이트) 및/또는 Ebecryl 600(비스페놀-A-에폭시/디아크릴레이트)이다. 다른 올리고머를 사용할 수 있으며, 주어진 예는 본 발명을 제한하지 않고 예시하는 것이다.
중합체 매트릭스의 전구체의 질량에 대한 엔-형 성분의 질량비는 바람직하게는 5 내지 95%, 특히 15 내지 90%에 달한다.
중합체 매트릭스의 전구체는 전구체 및 경화된 중합체 매트릭스의 성질을 조절 및 최적화하기 위하여 엔-형 화합물외의 중합가능한 단량체 및/또는 올리고머, 예를 들면 2이상의 히드록실기, 2이상의 이소시아네이트기, 히드록실기 및/또는 이소시아네이트기 및 또다른 중합성 기를 갖는 화합물 또는 기타 화합물을 함유할 수 있다.
중합체 매트릭스의 전구체의 또다른 성분으로서 특히 바람직한 것은 2- 또는 그 이상의 관능성 티올 단량체 및/또는 올리고머(=적어도 2 SH기를 갖는 화합물)이다. 티올 단량체의 바람직한 예가 하기 목록에 주어진다:
2,2'-디머캅토디에틸 에테르, 글리콜 디머캅토아세테이트, 글리콜 디머캅토프로피오네이트(에틸렌 비스(3-머캅토프로피오네이트라고도 명명)), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라티오글리콜레이트, 트리메틸올에탄 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올에탄 트리티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판 트리티오글리콜레이트, 디펜타에리트리톨헥사(3-머캅토프로피오네이트), 폴리에틸렌 글리콜 디머캅토아세테이트, 및 폴리에틸렌 글리콜 디(3-머캅토프로피오네이트).
1이상의 티올 단량체 및/또는 올리고머를 함유하는 중합체 매트릭스의 전구체가 바람직하며 그 이유는 티올 성분 첨가로써 정확한 스위스 치이즈 형태구조 형성이 뚜렷이 우세해지기 때문이다.
티올 성분의 질량비는 너무 높지않는 것이 바람직하며, 특히 매트릭스의 전구체의 질량에 비해 50%이하, 특히 25%미만이 바람직하다. 티올 성분의 양이 너무 높게 선택되는 경우, 이는 종종 전구체내 액정 혼합물의 용해도에 불리한 영향을 미친다.
중합체 매트릭스의 전구체는 예컨대, 연화제, 안정화제 또는 중합체 분야에 통상적인 기타 첨가제와 같은 다른 성분을 함유할 수 있다 광라디칼 PIPS를 통해 PDLC 필름을 수득하는 경우, 첨가제는 자유 라디칼 경화 조건에서 견딜 수 있도록 주의깊게 선택해야 한다.
PDLC 필름의 백색을 더욱 희게 만드는데 사용할 수 있는 POPOP 또는 형광 염료와 같은 증백제는 그러므로 예컨대 열경화 에폭시 시스템, SIPS, TIPS 또는 다른 비-라디칼 경화법의 경우와 같이 비-라디칼 PIPS를 적용하는 경우에만 사용할 수 있고, 이들 경우에도 다량 증백제의 열 불안정성 때문에 아주 일반적이지는 않다. 이러한 및 더 이상의 첨가제의 비율은 작은 것이 바람직하고, 특히 7.5%를 초과하지 않고, 보다 특별하게는 5%미만이다. 첨가제는 종종 경화된 매트릭스의 비저항을 저하시켜 유지비를 감소시키는 경향이 있다. 광라디칼 PIPS 기술은 매우 일반적으로 바람직하며 따라서 증백제 및/또는 염료의 첨가는 종종 크게 중요하지 않다.
액정 혼합물 및 중합체 매트릭스의 전구체의 조성 둘다는 다음 조건을 충족하기 위해 변경할 수 있다.
액정 화합물을 식 I에 따르는 화합물 군에서 적어도 부분적으로 선택하고 앞에서 상세히 기술한 중합체 매트릭스의 바람직한 전구체를 사용하는 경우, 숙련인이라면 어떠한 발명적 노력을 들이지 않고 상기 조건을 쉽게 만족할 수 있으며; 몇몇 경우, 몇몇 일상적 실험은 행하여야 할 수 있지만 필요한 실험적 노력은 한정된다.
그러나, 본 발명은 적어도 하나의 식 I 화합물을 함유하는 액정 혼합물 및/또는 상기 중합체 매트릭스의 바람직한 전구체에 제한되지 않고, 본 발명의 기술적 내용은 매우 일반적인 가치가 있으며 또한 다른 액정 혼합물 및/또는 전구체로써도 구현할 수 있다.
몽고메리(Montgomery) 식(1)은 또한 역산란은 PDLC 필름의 두께 d를 증가시킴으로써 증가될 수 있다는 것을 제시한다. 역산란광의 비는 또한 액정 미세액적의 수 및 밀도에 영향을 받으며 이는 그 자체가 중합체 매트릭스의 전구체의 질량에 대한 액정 혼합물의 비에 반영된다. 이들 일반적 지침을 고려하여 본 발명자는 광범위한 실험적 연구중에 필름 두께 d는 5㎛≤d≤75㎛인 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 필름 두께를 상한선 이상으로 증가시키면 고도의 역산란을 얻지만 동시에 일반적으로 만족스럽지 않다고 여겨지는 높은 내지 매우 높은 스위칭 및 포화 전압이 얻어진다. d〈5㎛인 경우, 역산란광의 양과 PDLC의 고은폐력은 일반적으로 불충분한 것으로 나타난다. 스위칭 전압 및 역산란도에 관해 우수한 구성은 10㎛≤d≤60㎛의 PDLC 필름에서 구현되고, 이러한 두께의 PDLC 필름을 함유하는 전기광학적 시스템이 특히 바람직하다.
본 발명자는 또한 PDLC 필름의 질량에 대한 액정 혼합물의 비가 바람직하게는 30% 내지 95%에 달한다는 것을 발견하였다. 상한선은 종종 구현하기 어려운데 그 이유는 중합체 매트릭스의 전구체내 액정 혼합물의 제한된 용해도 때문이다. 그러나, 본 발명자에 의하면 중합체 전구체내 액정 혼합물의 충분한 용해도는 하기 경우에 매우 일반적으로 얻어진다는 것이 관찰되었다:
액정 혼합물이 15%이상, 특히 25%이상의 1이상의 식 I에 따른 SFM 화합물(식에서 Q=CF2, OCF2, C2F4, OC2F4또는 단일 결합)을 함유하는 경우, 액정 혼합물이 30%이상의 카보니트릴 화합물을 함유하고 6이상, 특히 7이상의 액정 혼합물의 복합 조성을 나타내는 경우, 또는 액정 혼합물이 적어도 15%의 식 I에 따르는 적어도 1개의 2-고리 및 적어도 1개의 3-고리 카보니트릴 화합물을 함유하고 2-고리 화합물에 대한 3- 및 4-고리 화합물의 비가 적어도 0.18인 경우.
특히, 이들 바람직한 액정 혼합물의 용해도는 1이상의 엔-형 단량체 및/또는 올리고머를 함유하는 중합체 전구체의 경우에 충분히 우수한 것으로 발견되었다. PDLC 필름의 질량에 대한 액정 혼합물의 농도는 바람직하게는 40% 내지 85% 범위이다.
역산란도에 영향미치는 또다른 중요한 변수는 미세액적의 평균 크기이다. 몽고메리 식(1)로부터 높은 또는 비교적 높은 액정 농도를 갖는 PDLC 필름에 대해 고도의 역산란을 구현하기 위한 최적 액적 크기가 약 λ/5임을 도출할 수 있다. 본 발명자는 이 조건을 수행함은 실제적 관점에서 완전히 만족스럽지 않은 높은 내지 매우 높은 작동 전압을 의미한다는 것을 발견하였다. 광범위한 연구로써, 0.25 내지 2㎛ 및, 특히, 0.3 내지 2㎛로 평균 액적 크기를 조절하는 것은 고도의 역산란 및 낮은 작동 전압에 대한 상충되는 요구를 우수하게 절충시킨다. 사용되는 액정 혼합물이 PDLC 필름의 질량에 대해 45%이상의 높은 중합체 매트릭스 전구체내 용해도를 나타내는 경우에, 작동 전압이 액정비 증가에 따라 감소하기 때문에 평균 액적 크기는 2㎛이하를 선택하는 것이 바람직하다.
액정 혼합물의 농도, 그 화학적 조성, 예비 중합체의 농도, UV-노출 강도와 같은 경화 조건, 셀 간격, 미세 액적의 평균크기 및 또한 기타 변수를 변경하는 것에 의해, 본 발명에 따른 페이퍼 화이트 PDLC 시스템의 전기광학적 특성을 변경시키고 특정 용도에 대해 최적화할 수 있다.
하기에서, 이를 실시예 6-7에 기재된 2 특정 시스템에 대해 상세히 설명할 것이다. a)에 토의된 실시예 6은 능동-매트릭스 구동 페이퍼 화이트 PDLC 시스템에 대한 예인 한편, 실시예 7은 예컨대, 정지적 또는 수동적 구동 옥외 시스템에 사용되는 광역 온도범위 시스템으로서 고안되었다.
a) 페이퍼 화이트 PDLC 디스플레이를 능동-매트릭스 구동 체계와 결합하는 것은 상업적으로 구입가능한 아날로그 구동체 IC와 양립가능하기 위하여, V90〈15V의, 특히 12V이하의 낮은 스위칭 전압을 필요로 한다. 시스템의 유지비는 95%이상이 되게 선택한다. 바람직하게는 8:1이상, 특히 10:1이상의 높은 콘트라스트비가 바람직하다.
이들 요구조건은 PDLC 필름의 질량에 대해 바람직하게는 적어도 75%, 특히 80%의 고농도의 액정 혼합물을 선택함으로써 충족할 수 있다. PDLC 필름의 콘트라스트는 중합체 전구체의 농도가 증가함에 따라 증가하지만 동시에 V90의 뚜렷한 증가가 관찰된다. 능동 구동 PDLC 필름의 질량에 대한 중합체 전구체의 농도는 25%미만, 특히 17.5 내지 22.5%이내가 되게 선택하는 것이 최적인 것으로 종종 발견되었다.
능동 구동 PDLC-필름의 액정 혼합물은 바람직하게는 SFM-화합물을 기재로 하며; 액정 혼합물의 질량에 대한 카보니트릴 화합물의 백분율은 바람직하게는 10%이하이고, 매우 특정하게는 카보니트릴 화합물을 전혀 사용하지 않는다.
UV-노출 강도를 증가시킴에 따라, 콘트라스트 및 스위칭 전압은 둘다 증가하는 것으로 일반적으로 관찰되며; 5 내지 100㎽/㎠ 사이의 UV-노출 강도에 대해 종종 우수한 결과가 얻어진다.
콘트라스트는 또한 PDLC 필름의 두께의 함수이며 이는 실시예 6에 기재된 시스템에 대한 제3도에 나타나 있다. 실시예 6의 경우, PDLC 필름 두께는 14㎛로 조정한다.
b) 옥외 용도를 위해 고안된 페이퍼 화이트 PDLC 시스템은 적당한 전압에서 -20 내지 70℃에서 작동할 수 있어야 하며; 이 유형의 시스템은 종종 정지적으로 또는 수동 매트릭스를 통해 구동되고 이들은 대부분의 경우에 직접 관찰 장치내에 사용된다.
이 온도범위에서 우수한 콘트라스트를 얻기 위해, PDLC 필름은 전체 온도범위에서 온(ON) 상태에서 적어도 78% 투과율(공기에 대해)를 나타내며 따라서 배경면(존재한다면)은 투명하게 볼 수 있다.
이들 요구조건은 PDLC 필름의 질량에 대해 35 내지 75%, 특히 45 내지 70%의 액정 농도를 사용함으로써 종종 만족할 수 있다.
낮은 액정 농도로 인하여, PDLC 필름의 전구체를 유연 기판상에 사용할 수 있는 한편, 높은 액정 농도를 갖는 능동-매트릭스 구동 시스템(a)참조)의 경우에는 경질 기판이 종종 필요하다.
정지적 또는 수동 다중 구동 체계가 대개 사용되므로 유지비에 대한 요구조건은 덜 엄격하고 액정 혼합물은 바람직하게는 20%이상, 특히 40%이상의 카보니트릴 화합물을 함유한다.
PDLC 필름의 두께는 10 내지 40㎛ 및, 특히 15 내지 30㎛가 되게 선택함이 바람직하다. PDLC 필름의 두께 증가에 따라 역산란도가 증가하는 것이 사실이나 동시에 작동 전압이 극적으로 증가하며 따라서 지적된 바와 같은 중간 값의 필름 두께가 바람직하다.
제4도에는 실시예 7에 기술되는 액정 시스템에 대한 작동전압(=78%의 온-상태 투과율을 나타내는데 필요한 전압)을 나타낸다. 필름이 120V에서 구동되는 경우, 투과율은 특히 -20℃이상의 온도에서 78%이상일 수 있으며; 결과적으로, 콘트라스트와 관찰 각도가 또한 향상되어진다.
본 발명에 따른 페이퍼 화이트 PDLC 시스템의 전기광학적 특성을 예시하기 위하여 구체적인 실시예를 기술하며 이들은 다양한 요구조건을 적절히 충족하고 다양한 용도에 대해 적절히 변형하기 위하여 광범위한 범위내에서 변경가능하다. 본 명세서를 바탕으로 하여, 숙련인은 특정 용도에 대한 다른 변경 및 변형을 용이하게 발견할 수 있으며, 주어진 실시예는 절대로 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 PDLC 필름의 제법은 이 유형의 시스템의 통상적인 제법 유형에 해당한다.
중합체 매트릭스의 전구체, 액정 혼합물 및 또한 임의의 첨가제를 혼합하며; 상이한 성분들은 실온 또는 승온에서 서로의 혼합물내에서 투명 용액을 형성하는 경우에 가용성인 것으로 정의된다.
경화는 바람직하게는 PIPS, SIPS, TIPS 또는 다른 기술과 같은 통상적 기술에 의해 진행됨이 바람직하다.
바람직한 광라디칼 PIPS기술의 경우, 광개시제는 혼합물 및 투명 용액에 첨가된다. 광개시제 형성 라디칼이 바람직하며; 적당한 광개시제의 예가 예컨대 DE 41 04 183호에 나와있다. PDLC 필름의 전구체의 질량에 대한, 광개시제의 질량비는 바람직하게는 0.1 내지 5%, 특히 0.5 내지 3%이다.
액적 크기는 개시제 사용량, 램프의 전력 및 매트릭스 전구체의 자세한 조성에 의해 조절된다. 액적 크기를 조절하기 위한 방법은 예컨대, 미합중국 특허 제4,673,255호 및 문헌(J. L. West, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonl. Opt., 157(1988), 427) 등의 문헌에 기재되어 있으며, 또한 다른 방법도 사용할 수 있다. 숙련인은 어떠한 발명 노력을 하지 않고 바람직한 평균 액적 직경을 조정하기 위하여 적절한 반응조건을 선택할 수 있다.
본 발명자는 또한 고도의 역산란에 대해 언급한 PDLC 필름의 다양한 변수들을 최적화하는 것은 육안 조사 및 미적 관점을 만족하는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템을 종종 수득하지 않는다는 것을 발견하였다.
따라서, 유색 또는 흑색 배경면을 콘트라스트를 증가시키기 위하여 페이퍼 화이트 PDLC 시스템에 부착시키는 것이 바람직하다. 그러나, 통과하여 빛나는 배경면은 산란상태의 회색조 또는 약한 유색의 외관을 초래한다.
본 발명자는 유색 배경면이 PDLC 장치로부터 광학적으로 탈커플링되는 경우에 이러한 결정적 결함이 극복되거나 또는 적어도 급격히 감소할 수 있다는 것을 발견하였다.
이는 PDLC 장치(즉, 보통 유리 또는 또다른 투명 물질로부터 제조된 기판)의 후면을 배경면으로부터 공기 또는 또다른 기체 매질의 작은 간격만큼 분리하는 것에 의해 이루어진다. 또다르게는, 배경면과 PDLC장치를 광학적으로 탈커플링하기 위하여 낮은 굴절지수 접착제를 사용할 수 있다.
이 간격은 바람직하게는 1㎜미만, 특히 100㎛이하가 바람직하며 그렇지 않으면 너무 많은 시차(parallax)가 보이게 된다. 특히 바람직한 것은 10㎛미만의 간격이고, 1미크론 이하의 간격도 가능하고 바람직하다.
본 발명에 따르는 전기광학적 시스템의 구조는 PDLC 장치에 통상적인 구조 유형에 의해 그 자체가 유도된다.
따라서, 예를 들어, 액정 혼합물이 미세분산되거나 또는 미세 캡슐화된 투명 매질에 의해 형성된 매트릭스는 샌드위치처럼 전도성 전극들 사이에 배열된다.
전극은 특히, 예컨대 유리, 플라스틱등의 기판 시이트에 적용되며; 그러나, 바람직하게는 매트릭스는 또한 전극이 직접 구비되어 있어서 기판을 사용하지 않아도 된다. 본 발명에 따르는 전기광학적 시스템은 정지적으로 구동될 수 있거나 또는 이들은 능동 및 수동으로 다중화될 수 있으며; 각 경우에, 전극 층은 예컨대, 문헌(E. Kaneko, Liquid Crystal Display, UTK Scientific Publishers)에 상세히 기재된 바와 같이 적절히 고안되어야 한다.
PDLC 장치는 상단 또는 기판 또는 다른 층 위에 예컨대, 보상 층 또는 반사방지층과 같은 또다른 층을 함유할 수 있다. 기술한 구조는 PDLC 장치의 대부분의 필수적 소자에 한정되나 완전한 것으로 간주되는 것은 절대 아니다.
본 발명에 따른 한 바람직한 실시양태에서, 페이퍼 화이트 PDLC 시스템은 관찰자쪽을 향해 그 후면상에서 흑색 또는 유색일 수 있는 배경면을 나타낸다. 배경면은 공기 또는 또다른 기체 매질, 특히 공기로 채워진 작은 간격에 의해 PDLC 시스템의 후면으로부터 분리되어 있다. 기판이 PDLC 장치의 후면을 형성하는 경우에, 이는 배경면이 적용되는 작은 가장자리에 의해 에워싸여지는 기판 상단의 바람직한 치수의 작은 공동을 나타낼 수 있다. 작은 투명 스페이서를 또한 사용할 수 있으며 이것은 기판의 재료로부터 제조되는 것이 바람직하다. 스페이서의 직경은 바람직한 간격 나비에 해당하고, 배경면은 그들 위에 놓여지고, 예컨대, 밀봉에 의해 기판에 고정된다. 배경면과 기판사이의 간격은 또한 거친 기판 표면을 사용하여 제조할 수 있으며; 이 기술은 1미크론 이하의 간격을 제공할 수 있다. 또다르게는, 배경면을 PDLC 장치에 부착하기 위하여 낮은 굴절지수 접착제를 사용할 수 있다.
상기한 이러한 기술적 해결방안은 단지 예시적이고 절대 제한하는 것은 아니다. 숙련인은 어떠한 발명 노력없이도 다른 및/또는 변형된 기술을 용이하게 발견할 수 있다. 배경면은 프린터 종이 시이트 또는 다른 재료와 같은 통상적 재료로부터 제조할 수 있다.
하기에 보고된 실험은 예시적이며 절대 제한하려는 것은 아니다.
1:3 질량비의, 다음으로 이루어지는 중합체 전구체와 액정 혼합물 BLO 13(영국 풀 소재의 메르크 리미티드(Merck Ltd.)를 통해 입수가능)의 혼합물을 경화시켜 PDLC 필름을 수득한다:
9.9%의 TMPTMP
45.0%의 EHA
12.0%의 HDDA
30.6%의 E 270
2.5%의 D 1173(광개시제).
사용된 약어들은 하기 의미를 갖는다:
TMPTMP = 트리메틸올프로판트리(3-머캅토프로피오네이트)
EHA = 2-에틸-헥사놀아크릴레이트
E 270 = 상업적으로 구입가능한 올리고머 Ebecryl 270(지방족 우레탄 디아크릴레이트, 분자량1.200g/몰)
HDDA = 헥산디올 디아크릴레이트
D 1173 = Darocur1173(독일 다름스타트 소재의 이. 메르크(E. Merck)를 통해 입수가능)
중합체 전구체와 BL 013의 혼합물을 각각이 전극층을 나타내는 두장의 유리판 사이에 채우고, 중간 압력 크세논 램프(Heraeus Suntest, 3㎽/㎠)로 20분간 경화시킨다. 스페이서에 의해 구획지어진 필름 두께는 50㎛이다. SEM 조사는 대부분의 액적이 직경이 0.4 내지 0.7㎛이고 직경이 더 큰것도 약간 있음을 보여준다. 차이는 약 0.1에 달한다. 액정 혼합물 BLO 13의 평균 굴절지수은=1.6235에 달하고, 순수한 중합체(액정이 포함되지 않은)의 굴절지수는 nP=1.486이다. 그러나, 이 값은 일부 액정 혼합물이 매트릭스내에 용해되기 때문에 약 nM=1.52의 수치까지 증가한다.
얻어진 PDLC 시스템(배경면이 적용되지 않은)은 백색광원(할로겐 전구, 눈 응답 필터로써 변형된)으로써 조사된다. 2°의 모음 각(collection angle)으로 포토미터(실리콘 포토다이오드)로 투과율을 측정한다. 제1도에서 볼 수 있는 바와 같이, PDLC 시스템은 약 0.79의 매우 낮은 투과율을 나타낸다. 상기한 바와 같이 측정한 역산란은 30%인 것으로 밝혀졌다.
다음에 흑색 배경면을 클램프로 후면 기판에 부착한다. 간격 나비는 약 100㎛이다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내며; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 보이지 않으며, 다음에 배경면은 매우 가깝게 보인다. 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
[실시예 2]
중량비 3:2의 BLO36(영국 풀 소재의 메르크 리미티드를 통해 입수가능한 액정 혼합물)과 실시예 1에 기재된 중합체 전구체의 혼합물을 사용하여 실시예 1의 방법을 되풀이한다. 필름 두께는 50㎛에 달한다.
PDLC 시스템(배경면이 적용되지 않은)은 하기 특성들을 나타낸다:
흑색 배경면을 클램프에 의해 후면 기판에 부착한다. 간격 나비는 약 100㎛이다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내며; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 볼 수 없고, 그 다음에 배경면은 매우 선명하게 보인다. 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
[실시예 3]
질량비 3:2의, BLO36과 하기로 이루어진 중합체 시스템의 전구체의 혼합물을 사용하여 실시예 1의 방법을 되풀이한다:
80%의 NOA 65
19.5%의 EHA
0.5%의 D 1173
NOA 65는 놀란드 프로덕츠(Norland Products)를 통해 상업적으로 입수가능하다. PDLC 필름의 두께는 50㎛에 달한다.
PDLC 시스템(배경면이 적용되지 않은)은 하기 특성들을 나타낸다:
흑색 배경면을 클램프로 후면 기판에 부착한다. 간격 나비는 약 100㎛이다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내며; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 볼 수 없으며; 그 다음에 배경면은 매우 선명하게 보인다. 오프-상태에서, 필름은 백색으로 나타난다.
[실시예 4]
질량비 7:3의, BLO13과 NOA 65(놀란드 프로덕츠를 통해 상업적으로 입수가능한 중합체 매트릭스의 전구체)의 혼합물을 사용하여 실시예 1의 방법을 되풀이한다. PDLC 필름의 두께는 50㎛에 달하며; SEM 조사는 대부분의 액적이 직경 0.4 내지 0.7㎛이고 더 큰 직경의 것도 약간 있음을 보여준다. PDLC 필름(배경면이 적용되지 않은)은 얻을 수 있는 최대 역산란도 약 38%에 매우 가까운 34%의 역산란도를 나타낸다(앞에서 주어진 몽고메리 식(1)에 근거한 이론적 고찰에 따름).
다음에 흑색 배경면을 클램프로 후면 기판에 부착한다. 간격 나비는 약 100㎛이다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내고; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 볼 수 없으며, 그 다음에 배경면은 매우 선명하게 보인다. 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
[실시예 5]
질량비 75:25의, BLO12와 실시예 1에 기재된 중합체 전구체의 혼합물을 사용하여 실시예 1의 방법을 되풀이하였다. PDLC 필름의 두께는 25㎛ 내지 50㎛로 조정한다. 측정을 20℃에서 수행한다.
PDLC 필름((배경면이 적용되지 않은)은 전기광학적 특성을 제2도(d=25㎛에 대한 좌측 곡선, d=50㎛에 대한 우측 곡선)로부터 알수 있으며; 특히, 하기 특성들을 얻는다:
다음에 흑색 배경면을 클램프로 각 PDLC 필름의 후면 기판에 부착한다. 간격 나비는 각 경우에 약 100㎛이다. 50㎛ PDLC 필름은 25㎛ 필름보다 더 높은 은폐력을 나타내고 더욱 백색으로 나타나지만 작동 전압이 동시에 현저히 높아진다. 양 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력과 고도의 역산란도를 나타내고 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
[실시예 6]
질량비 20:80의, 하기로 이루어지는 중합체 전구체와 액정 혼합물 TL 205(영국 풀 소재의 메르크 리미티드를 통해 입수가능)의 혼합물을 경화시켜 PDLC 필름을 수득한다:
87%의 EHA
2%의 TMPTA
10%의 E 1810
1%의 D 4265(광개시제).
약어 EMA의 의미는 앞에서 지적된대로 이고, 다른 약어는 다음 의미를 갖는다:
TMPTA=트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트
E 1810=상업적으로 구입가능한 올리고머 Ebecryl 1810
D4265=Darocur4265.
액정 혼합물 TL 205는 15.7%의 1-[4-(4-에틸-2-플루오로-페닐)-페닐]-2-(4-클로로-페닐)에탄, 8.1%의 1-[4-(4-프로필-2-플루오로-페닐)-페닐]-2-(4-클로로-페닐)에탄, 21.2%의 1-[4-(4-펜틸-2-플루오로-페닐)-페닐]-2-(4-클로로-페닐)에탄, 12.5%의 4-[4-(4-프로필페닐)-3-플루오로-페닐]-3-플루오로-1-클로로벤젠, 13.8%의 4-[4-(4-펜틸페닐)-3-플루오로-페닐]-3-플루오로-1-클로로벤젠, 8.7%의 4-[4-(4-프로필페닐)-3-플루오로-페닐]-3-플루오로-1-플루오로벤젠, 10.0%의 4-(트랜스-4-프로필-시클로헥실)-3',4'-디플루오로비페닐, 및 10.0%의 4-(트랜스-4-펜틸-시클로헥실)-3',4'-디플루오로비페닐로 이루어지고, 하기 특성을 나타낸다:
중합체 전구체와 TL 205의 혼합물을 문헌(M. Dobler et al., SID 91 Digest, p.427 및 V Hochholzer et al., SID 90 Digest, p.526)에 기재된 122 88 및 138 240 pels를 갖는 MIM 번지지정된 디스플레이의 유리판 사이에 채운다. 34㎽/㎠의 UV 노출 강도로 경화를 수행한다. PDLC 필름의 두께는 14㎛이다.
다음에 흑색 배경면을 클램프로 후면 기판에 부착시키며; 간격 나비는 약 100㎛이며; 또다르게는, 낮은 굴절지수 접착제를 사용할 수 있다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내며; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 볼 수 없으며, 그 다음에 배경면은 매우 선명하게 보인다. 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
직접 관찰 조건하에, 시스템은 0.5°(디스플레이상에서 면적 측정 : 250㎛)의 모음 각에서 온 및 오프상태 투과율을 측정하는 경우에 정상적 입사시에 10.8:1의 상대 콘트라스트비를 나타내며; 온 상태 투과율은 12V의 전압으로 측정한다. 제5도의 이소콘트라스트(isocontrast) 도면으로부터, 시스템이 넓은 대칭적 관찰각을 나타냄을 알 수 있다(1/2 최대 콘트라스트비는 약 32°에서 일어난다).
[실시예 7]
40:60 질량비의, 하기로 이루어지는 중합체 전구체와 액정 혼합물 BLO 36(영국 풀 소재의 메르크 리미티드를 통해 입수가능함)의 혼합물을 경화시켜 PDLC 필름을 수득한다:
38.0%의 E 1810
33.0%의 EHA
10.0%의 TMPTA
1.0%의 TMPTMP
1.0%의 I 651(광개시제).
약어 E 1810, EHA, TMPTA 및 TMPTMP의 의미는 앞에서 주어진 바와 같고, I 651은 Irgacure 651(시바 가이기(Ciba-Geigy)에서 공급)이다.
중합체 전구체와 BLO 36의 혼합물을 각각 전극층을 나타내는 두장의 유리판 사이에 채우고, UV-램프(셀 표면에서 14㎽/㎠, 방출 방사선은 약 350㎚ 부근에 집중)로 5분간 경화시킨다; 필름 두께 : 25㎛.
다음에 흑색 배경면을 클램프로 후면 기판에 부착시키며; 간격 나비는 약 100㎛이고; 또다르게는, 낮은 굴절지수 접착제를 사용할 수 있다. 얻어진 전기광학적 시스템은 오프-상태에서 우수한 은폐력을 나타내고; 배경면은 시스템이 스위치 켜질 때까지 볼 수 없으며, 그 다음에 매우 선명하게 보인다. 오프-상태에서 필름은 백색으로 나타난다.
필름의 성능을 -20℃, 20℃ 및 70℃에서 측정하였으며 이를 하기 표에 나타낸다:
PDLC 시스템은 고온에서 메모리 효과를 전혀 나타내지 않음을 주목하여야 한다.
직접 관찰 조건하에서, 시스템은 0.5°의 모음 각에서 온 및 오프상태 투과율을 측정할 때(디스플레이상에서의 측정 면적 : 250㎛) 정상적 입사로 17:1의 반사적 콘트라스트비를 나타낸다. 온 상태 투과율은 100V의 전압으로 측정하였으며; 콘트라스트 측정은 실온에서 수행한다. 제6도의 이소콘트라스트 도면으로부터, 시스템이 비교적 넓고 대칭적인 관찰각을 나타냄을 알 수 있다(1/2 최대 콘트라스트비는 약 15°에서 일어난다).

Claims (4)

  1. 광학적으로 등방성인, 투명 중합체 매트릭스내에 미세액적을 형성하는 액정 혼합물을 포함하여 이루어지는 PDLC 필름을 2 전극층 사이에 함유하고, 액정 혼합물의 굴절지수들중 하나가 중합체 매트릭스의 굴절지수 nM와 일치하고, 그 투과율은 전기적 전압의 인가에 의해 변화될 수 있으며; PDLC 필름이 하기 특성들을 나타냄을 특징으로하는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템:
    (상기식에서은로서 정의되는 액정 혼합물의 평균 굴절지수이다.)
    * 평균 액적 직경≤2㎛
    * PDLC 필름의 두께 5㎛≤d≤75㎛
    * 역산란도(backscatter≥20%.
  2. 시스템이 PDLC 필름으로부터 작은 간격 또는 저온 굴절지수 접착제에 의해 광학적으로 탈커플링된 흑색 또는 유색 배경면을 함유하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따르는 페이퍼 화이트 PDLC 시스템을 함유하는 전기광학적 액정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, PDLC 필름과 배경면 사이의 공기 간격이 시차(parallax)를 줄이기 위하여 1㎜이하인 것을 특징으로 하는 전기광학적 액정 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 따른 전기광학적 액정 시스템의, 컴퓨터 스크린으로서의 또는 노트 패드(note pad)에서의 용도.
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