KR100360124B1 - 액정 복합물의 성분 흡수방법 및 이 복합물을 포함하는 장치 - Google Patents

액정 복합물의 성분 흡수방법 및 이 복합물을 포함하는 장치 Download PDF

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Abstract

다색성 염료(23)와 같은 성분을 포함하는 액정 복합물(21)의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 성분은 컨테인먼트 매체중에 있는 액정물질(13)의 소적들(droplets)내에 흡수되며, 상기 액정물질은 적어도 하나의 부가물질(22a, 22b)에 의해 매트릭스물질(22c)로 부터 적어도 부분적으로 분리된다.

Description

액정 복합물의 성분 흡수방법 및 이 복합물을 포함하는 장치
발명의 기술분야
본 발명은 광밸브(light valve)용으로 적합한 액정 복합물(liquid crystal composites) 및 염료와 같은 성분을 함유하는 액정 복합물의 제조방법에 관한 것이다.
발명의 배경
액정 광밸브에서의 전기광학적 능동소자는 액정 복합물인 것으로 알려져 있다. 이 복합물은 분산상태, 캡슐화상태, 매립상태 또는 폴리머 매트릭스내에 포함된 상태의 액정물질을 복수부피(plural volumes) 또는 소적(droplets)의 형태로 함유하고 있다. 이에 대한 예들은 퍼가슨의 미합중국 특허 제4,435,047(1984)( "Fergason '047"); 웨스트 등의 미합중국 특허 제4,685,771호(1987) ; 퍼얼만의 미합중국 특허 제4,992,201호(1991) ; 및 다이니뽄 잉크사의 유럽 특허 제0,313,053호(1989)에 개시되어 있다. 이들 광밸브는 디스플레이(displays) 및 윈도우 (window) 또는 프라이버시 패널(privacy panels)에 사용될 수 있다.
선행기술에서는 또한 폴리머매트릭스와 액정물질사이에 부가물질(further material)이 적층되어 있는 내용을 개시하고 있다. 예를 들면, 퍼가슨의 '047 ; 퍼가슨 등의 미합중국 특허 제4,950,052호(1990)("Fergason '052") ; 및 레이켐의 WO제 93/18431호(1993)("Raychem '431")를 참고. 이와같이 부가물질을 포함하는 목적은 액정물질의 부피를 완전하게 보존하며 복합물의 전기광학적 성질을 변경시키기 위함이다.
중간에 부가물질 또는 부가물질들을 포함하는 복합물의 개선된 제조방법은 여기에서 참고문헌으로 병합된 리미 등의 미합중국 특허 제5,405,551호(1995) ; 및 하빈 등의 PCT 출원 PCT/US 제95/03446호(1995)에 개시되어 있다.
상기한 바와 같이 중간에 부가물질을 포함하는 복합물의 액정 물질에 염료 또는 기타 다른 성분을 포함하는 것은 어떤 면에 있어서는 바람직하다. 그러나, 중간에 오는 물질이 중합반응에 의하여 적층될 경우 염료 또는 기타 다른 성분은 중합 반응을 방해할 수 있다. 본 발명은 효율적인 상기 복합물의 제조방법을 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 컨테인먼트매체(containment medium)에 분산되어 있는 복수 부피의 액정물질과 성분을 포함하는 액정 복합물의 제조방법을 제공한다. 이 제조방법은 컨테인먼트 매체에 복수부피의 액정물질을 형성시키는 단계 및 성분과 액정물질로 이루어진 용액과 컨테인먼트 매체를 접촉시키므로써 액정물질에 성분을 흡수시키는(imbibing) 단계를 포함한다.
상기의 성분으로는 다색성(pleochroic) 염료가 바람직하지만, 본 발명의 제조방법에서는 다른 성분(비-다색성 염료)들도 액정물질에 도입될 수 있다. 다른 성분들로는 계면변형제(interface modifiers), 트위스트제(twist agents) 및 작동필드(operating field)를 낮추는 첨가제가 있다.
본 발명은 또한 디스플레이 제조용 광학장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 컨테인먼트 매체에 있는 액정물질과 이 액정물질에 흡수되는 다색성 염료를 포함하고 있다. 이 장치는 컨테인먼트 매체에 있는 액정물질의 상이한 부분들에 전기장을 적용하는 전극수단(electrode means)을 포함할 수 있다.
도면의 간단한 설명
제 1a - 1b 도는 액정 복합물로 제조된 광밸브를 나타낸 도면이다.
제 2a - 2b 도는 본 발명에 따라 제조된 액정 복합물로 제조된 바람직한 광밸브를 나타낸 도면이다.
제 3a - 3b 도는 본 발명에 따른 액정 복합물에 염료를 흡수시키는 방법에 있어서의 각 단계들을 나타낸 계통도이다.
바람직한 구체예들의 설명
제1a도 및 제1b도는 퍼가슨 '047에 개시된 바와 같은 액정 복합물로 제조된 광 밸브(10)를 도시한 것이다. 광밸브(10)는 캡슐물질(encapsulating material) (14)에 분산되어 있는 양의 유전 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는 네마틱(nematic) 액정물질(13)의 소적(droplets)(12) 또는 부피(volumes)(12)를 함유하는 액정 복합물(11)을 포함한다. 다색성 또는 이색성 염료(23)는 소적(12)의 액정물질(13)과 혼합될 수 있다.
복합물(11)은 인듐 틴 옥사이드("ITO")와 같은 투명전도체로 제조된 제1의 전극(15a)과 제2의 전극(15b) 사이에 위치한다. 제1a도에 도시된 바와같이,전원(16)의 전극(15a 및 15b)을 가로지르는 전압의 적용 또는 무적용은 열린 위치("꺼짐 상태(off-state)")로 있는 스위치(17)로 조절된다. 따라서, 복합물(11)에는 전압이 전혀 가해지지 않으며, 액정물질(13)과 염료(23)에 의한 전기장은 사실상 제로가 된다. 표면상호작용으로 인하여, 액정분자들은 캡슐물질(14)과 접하는 만곡경계면에 대하여 그들의 장축들이 평행하도록 우선적으로 위치하게 되고, 일반적으로 각 소적내에서 곡선으로 정렬된다. 액정분자의 정렬에 이어 염료가(23)가 정렬된다. 이러한 특정의 구체예에서, 캡슐물질(14)은 또한 액정물질(13)과 염료(23)로 이루어진 소적들(12)을 포함하는 매트릭스로서 작용한다. 상이한 소적들(12)에 있는 곡선축들은 상이한 배향의 곡선 패턴들로 상징화되는 것과 같이 랜덤하게 배향된다.
액정물질(13)은 캡슐물질(14)의 굴절지수 np와 실질적으로는 np와 동일한 보통의 굴절지수 no와는 다른 특이한 굴절지수 ne를 가질 수 있다(여기에서, 두 굴절지수들의 차가 0.05, 바람직하게는 0.02 이하인 경우, 두 굴절지수들은 실질적으로 동일하거나 서로에 정합하게 된다). 복합물(11)을 통하여 전도되는 입사광선(18)은 입사광선이 효과적으로 상호작용하는 액정 굴절지수가 ne인 캡슐물질(14)과 액정물질(13)간의 적어도 하나의 경계면과 마주칠 확률이 높다. ne와 np는 서로 다르므로, 앞쪽과 뒤쪽으로 광선(18)의 굴절 또는 산란이 발생하게 된다. 부가적으로, 꺼짐상태에서 염료(23)는 염료, 복합물(11)에 따라 좌우되며 야기되는 상당량의 광선을 흡수하여 색각효과(colored visual effect)를 나타내게 된다. 참고 : 윌리의 미합중국 특허 제 5,206,747호(1993).
제1b도는 스위치(17)가 닫혀있는 켜짐상태(on-state)에 있는 광밸브(10)를 도시한 것이다. 화살표(19)로 직접 방향이 표시되어 있는 전기장은 전극들(15a와 15b)사이에서 복합물(11)을 가로질러 적용된다. 양의 유전 이방성을 나타내는 액정물질(13)은 전기장 방향에 평행하도록 정렬된다. 액정분자들의 배향을 따르는 염료(23)도 역시 전기장 방향에 평행하도록 정렬된다(요구되는 전압은 특히 복합물의 두께에 좌우되며, 전형적으로는 3∼100볼트이다). 더욱이, 전기장에 대한 이러한 정렬은 각 소적(12) 내에서 이루어지며, 제1b도에 상징적으로 도시된 바와 같이, 소적에서 소적으로 정렬된다. 이와같은 방식으로 액정과 염료분자들이 정렬될 때, 입사광선(18)이 효과적으로 상호작용하는 액정 굴절지수는 no이다. no는 실질적으로 np와 동일하기 때문에 액정-캡슐물질 경계면에서는 산란이 전혀 발생하지 않는다. 그 결과, 광선(18)은 복합물(11)에 투과되어 투명하게 보인다. 적어도 50%의 투과율, 바람직하게는 70% 이상의 투과율이 얻어질 수 있다.
또 다른 배열의 복합물(11)에서 액정물질의 복굴절율이 상대적으로 낮고 액정물질의 평범한 굴절지수와 비범한 굴절지수는, 동일하지 않다면, 캡슐물질(14)의 굴절지수에 가깝게 정합된다. 따라서, 액정물질과 캡슐매체 간의 경계면에서의 굴절과 산란은 최소화된다. 그러나, 액정물질내에 있는 다색성 염료는 전기장이 소적(12)에 적용되는지의 여부와 전기장 크기와 상관하여 광선을 흡수하므로써 광선을 조절하여 약화시키게 된다. 염료는 꺼짐 상태와 켜짐 상태에 있는 광선을 흡수한다. 그러나, 광선의 흡수정도는 실질적으로 켜짐상태일때가 더 작다. 이러한 배열은 퍼가슨의 미합중국 특허 제4,556,289호(1985)에 개시되어 있다.
광밸브(10)의 전기광학적 퍼포먼스(예를들면, 개폐전압, 꺼짐상태의 산란, 개폐속도 및 히스테리시스)는 캡슐물질(14)과 액정물질(13)간의 표면 상호작용의 성질에 따라 좌우된다. 기계적 성질, 환경오염에 대한 보호능력, UV안정성과 같은 성질에 있어서는 바람직한 캡슐물질은 액정물질과의 표면상호작용에 있어서는 바람직하지 못할 수 있으며, 예를들면 개폐속도가 매우 느리거나 또는 개폐전압이 매우 높아짐을 초래하게 된다. 따라서, 캡슐물질의 다른 성질들과 표면 상호작용은 분리될 수 있는, 것이 바람직하다.
제2a-2b도(여기에서, 제1a-1b도에서 반복된 숫자들은 유사한 요소들을 가리킨다)는 본 발명의 광밸브(20)를 도시한 것이다. 광밸브(20)는 액정 복합물(21)을 포함한다. 액정복합물은 먼저 계면물질(interfacial material)(22a)로 둘러싸인 다음 캡슐물질(22b)로 둘러싸이고 마지막으로 매트릭스 물질(matrix material)(22c)로 둘러싸인 액정물질(13)과 염료(23)를 포함한다. 캡슐물질은 오로지 캡슐기능만을 하며, 매트릭스물질이 매트릭스 기능을 한다. 상기한 이유 때문에, 광밸브(20)는 꺼짐상태에서 색상을 띨수 있으며(제2a도), 켜짐상태에서는 투명할 수 있다 (제2b도).
소적(12) 상태의 액정물질(13)과 염료(23)는 계면물질(22a)에 의하여 캡슐물질(22b)로 부터 분리된다. 따라서, 액정물질(13)과 염료(23)의 배열에 영향을 미치는 표면 상호작용은 계면물질(22a)과는 우세하게 이루어지지만 캡슐물질(22b)과는표면 상호작용이 이루어지지 않는다. 계면물질(22a)은 액정물질과 염료와의 상호작용을 토대로 선택될 수 있다. 캡슐물질(22b)은 그의 기계적성질, 광학적 성질 또는 기타 다른 성질을 토대로 하여 선택될 수 있다. 예를들면, 캡슬물질은 에멀션 공정이 사용되는 담체매체중의 액정의 에멀션을 안정화시켜야만 한다. 이러한 방법에서는 한 세트의 성질 또는 다른 성질들에 대해서 타협할 필요성을 피할 수 있게 된다.
계면물질층의 두께가 광선의 파장에 필적하기만 하면 액정물질의 굴절지수 no와 계면물질의 굴절지수 np의 정합(matching)은 중요하다. 일반적으로, 상기 두께는 100nm이하이며, 가시광선의 파장 400∼700nm 보다 훨씬 작기 때문에 굴절지수들의 정합은 일반적으로는 필요하지 않다. 그러나, 계면물질층이 두껍거나 또는 켜짐상태의 흐릿함을 감소시키는 것이 목적인 경우(예를 들면, 윈도우의 적용), 굴절지수들의 정합은 바람직하다.
본 발명의 장점을 얻기 위하여, 계면물질(22a)이 액정물질(13)과 염료(23)로 부터 캡슐물질(22b)를 완전하게 분리시키는 것은 불필요하다. 계면물질(22a)은 후자의 두물질들을 적어도 부분적으로 분리시키는 것으로 충분하며, 광밸브(20)의 개폐성질들(속도, 전압, 히스테리시스 등)은 계면물질-액정물질 경계면의 성질이며, 캡슐물질-액정물질 경계면의 성질은 아니다. 바람직하게는, 계면물질(22a)은 캡슐물질(22b)과 액정물질(13)을 효과적으로 분리시키며, 액정물질(13)의 경계면에는 주로 계면물질(22a)이 있고 캡슐물질(22b)은 없다.
상기한 도면에서는, 액정물질(13)과 염료(23)의 소적, 캡슐 또는 부피(12)를 편의상 구형으로 나타내었다. 다른 형상들, 예를들면 편평 타원체, 불규칙한 형상 또는 두 개 이상의 소적들이 채널로 연결되어 있는 아령과 비슷한 형상도 가능하다. 또한, 계면물질 22a의 층 두께와 소적(12)의 사이즈는 명쾌한 이해를 얻기 위해서 매우 과장되게 나타내었다.
본 발명의 액정 복합물은, 다음에서 실시예와 함께 설명되는 바와 같이, 우수한 광학 퍼포먼스를 갖는 낮은 전압과 높은 전압을 보유한 디스플레이를 제공한다.
본 발명에 따르면, 액정물질과 계면물질(또는 그의 전구물질)이 캡슐물질에 포함되어 있는 중간체를 형성하기 위하여 담체매체(carrier medium)에서 액정물질, 캡슐물질 및 계면물질(또는 그의 전구물질을 에멀션화하며 ; 계면물질(또는 그의 전구물질)을 분리해 내기 위해서 냉각시키고 이를 캡슐물질과 액정물질 사이에 적층시키며 ; 계면 전구물질이 사용되었을 경우 전구물질을 경화처리(예를들면, 광화학적으로 처리)하며 ; 액정물질이 계면물질과 캡슐물질로 연속적으로 둘러싸여져 있는 캡슐 또는 펠렛을 형성하기 위하여 예를들면 원심분리방법에 의해 담체 매체를 분리시킬 수 있다. 어떤 경우에 있어서는 윈심분리 방법이 불필요할 수도 있다. 그러나, 대규모의 원심분리방법은 일반적으로 소적의 사이즈 분포의 폭을 감소시킴에 따라, 적용되는 전압의 세기를 낮추게 된다.
에멀션(emulsion)은 액정물질, 계면물질(또는 그의 전구물질), 캡슐물질 및 담체매체, 전형적으로는 물로 이루어진 흔합물을 신속하게 교반하므로써 제조될 수있다. 임의적으로, 에멀션화제, 습윤제 또는 다른 표면능동제가 첨가될 수도 있다. 적합한 에멀션화 기술은 여기에서 참고문헌으로 병합된 퍼가슨 '047, 퍼가슨 '052, 레이켐 '431 및 앤드류 등의 미합중국 특허 제5,202,063호(1993)에 개시되어 있다. 이 에멀션은 전극-피복기판(15b)상에 피복될 수 있으며 건조, 경화, 고형화 등의 처리에 의해 필름(31)을 형성하게 된다(제3a도 참고). 따라서 매트릭스 물질은 캡슐 둘레를 고정시켜(set) 액정 복합물을 형성하게 된다. 여기에서 "고정시킴(set)"은 캡슐물질과 계면물질로 된 중간층과 함께 분산된 복수부피의 액정물질을 포함할 수 있는 연속수지상(resinous phase)으로 매트릭스 물질이 경화되는 것을 의미한다. 매트릭스 물질은 용매 또는 물과 같은 담체 매체의 증발에 의하거나 또는 전구 모노머의 중합반응에 의해 고정될 수 있다.
통상적으로 에멀션은 실온에서 1시간 이상 건조되면 물과 기타 다른 휘발물질들이 제거될 수 있다. 어떤 경우에 있어서는, 건조된 에멀션은 흡수가 이루어지기전에 여러 주 동안 보관될 수도 있다. 필름(31)은 매트릭스 물질 및 연속적으로 계면물질과 캡슐물질로 둘러싸인 액정물질의 캡슐(12a)을 포함한다. 이 단계에서, 염료는 액정물질에 존재하지 않는다. 이하의 바람직한 구체예에 의하면, 제3b-3d에 도시된 바와 같이, 용해된 상태의 염료(또는 하기의 다른 성분들)를 포함하는 액정물질(33)은 염색되지 않은 필름(31)의 노출된 표면(31a)과 직접적으로 접촉되도록 위치하게 된다. 이 용액은 약 0.1~10%, 더욱 바람직하게는 약 0.5∼5%의 염료를 포함할 수 있다. 염료를 포함하는 용액 상태의 액정물질은 염색되지 않은 필름중의 캡슐상태의 액정물질과는 상이하다(실시예 VI 참고).
염료를 포함하는 액정물질은 스페이서(spacers)(32)에 의해서 그의 둘레에 있는 복합물 필름 31으로 부터 분리된다. 스페이서의 기능은 단지 필름(31)과 염료(33)를 포함하는 액정물질의 접촉을 유지시키고 필름(31)과 액정물질/염료혼합물이 존재하고 있는 기판(34)의 직접적인 접촉을 막는 것이다.
선택된 시간과 온도의 조건하에서, 염료는 액정물질의 캡슐 또는 소적(12a)에 확산되거나 또는 흡수되어 염료(23)를 포함하는 액정 복합물(21)을 형성하게 된다(제2b도 참고), 이어서, 잔여하는 염색된 액정물질(33)은 액정 복합물(21)로 부터 분리되며, 액정 복합물(21)의 표면(21a)을 질소스트림(stream)에 노출시키므로써 그 표면으로 부터 지나치게 염색된 액정물질(33)은 제거된다. 또한 지나치게 염색된 액정물질은 탈염(DI)수의 세척에 의하거나 또는 액정 복합물(21)의 노출된 표면(21a)상에 있는 염색된 액정물질을 부드럽게 압연시키거나 압착시키므로써 제거될 수도 있다. 따라서, 광밸브를 형성하기 위해 전극-피복기판(15a)은 표면(21a)상에 라미네이트될 수 있다.
흡수가 일어나는 온도 및 시간은 액정장치의 표면적이고 전기-광학적인 퍼포먼스(performance)에 영향을 미친다. 온도가 매우 낮고 접촉시간이 매우 짧은 경우 염료는 필름내로 거의 이동되지 않는다. 반면, 온도가 매우 높거나 또는 접촉시간이 매우 긴 경우, 대조비율과 같은 장치의 퍼포먼스는 반대로 영향을 받게 된다. 흡수시간은 약 0.1∼160시간, 바림직하게는 약 0.5∼6시간이다. 공정상의 측면에 의하면, 짧은 흡수시간이 더욱 바람직하다.
흡수가 일어나는 시간은 실온인 약 20℃∼약 150℃이다. 바람직한 온도는 약20℃∼약 90℃이다. 온도가 매우 낮은 경우, 흡수는 느리게 일어난다. 온도가 매우 높은 경우, 액정물질과 염료의 분해가 발생될 수 있다.
질소 스트림(stream)의 사용은 과량의 액정물질과 염료를 제거시키기에 가장 효율적인 방법이다. 탈염수의 세척은 액정장치의 켜짐상태에서 관찰될 수 있는 복합물 표면상에 표면적인 결함이 생기게 할 수 있다. 또한 물세척은 작동범위를 높이고, 히스테리시스를 낮추며 개폐속도를 빠르게 한다.
본 발명의 흡수방법은 또한 염료가 아닌 다른 성분들을 액정물질에 도입하는데 사용될 수 있다. 이러한 다른 성분의 예로는 트위스트제, 계면변형제 및 작동필드를 낮추는 첨가제들이 있다. 상기 실행은 상기한 바의 염료 흡수방법과 유사하다. 어떤 경우에 있어서는 첨가제, 계면변형제 또는 트위스트제가 예를들면 에멀션의 형성, 계면인자의 경화(curing) 또는 피복(coating)을 방해하게 된다. 이러한 경우, 흡수방법은 상기 성분들을 상기 과정에 이어서 도입하는데 이용될 수 있다. 작동 필드를 낮추는 첨가제들은 여기에서 참고문헌으로 병합된 레이켐의 WO 제 93/18431(1993)호에 개시되어 있다. 이러한 첨가제들로는 에틸렌옥사이드 코폴리머, 프로필렌옥사이드 코폴리머, 설핀올™ 104와 같은 디올, 페놀 화합물, 실란 커플링제 및 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트가 있다. 계면변형제 또는 계면인자들로는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면능동제 및 블록 코폴리머가 가능하다. 트위스트제는 CB-15(E, Merck), 다음 구조식의 화합물 및 콜레스테롤 유도체와 같이 소적내의 액정 디렉터의 트위스트를 유도하는 키랄(chiral) 물질이다.
성분들은 활성수준으로 액정담체에 용해되어야만 한다. 일반적으로 요구되는 활성수준은 10중량% 이하이다.
본 발명에서는 캡슐물질과 매트릭스물질이 동일물질이 아닐 수도 있음을 이해하여야 한다. 또한 본 발명의 방법은 필름중의 액정 부피에 염료를 도입하는데 사용될 수 있으며, 여기에서 캡슐물질은 액정물질과 염료로 된 소적을 포함하는 매트릭스로서 작용하고 계면물질은 액정물질과 캡슐물질을 분리시킨다(하기의 실시예 Ⅲ 참고). 이러한 필름은 상기에서 언급한 특허출원 PCT/US95/03446에 개시되어 있다.
또한 본 발명의 방법은 계면물질을 포함하지 않는 에멀션 방법에 의해 제조된 필름중의 액정물질 부피에 염료를 흡수시키는데 사용될 수 있다. 즉, 이 방법은 상기한 바의 미합중국 특허 제5,405,551호(1995)에 개시된 것과 유사한 필름중의 액정부피에 염료를 흡수시키는데 사용될 수 있으며, 상기 필름은 매트릭스물질과 캡슐물질은 포함하지만 계면물질은 포함하지 않는다.
또한 본 발명의 방법은 캡슐물질로만 둘러싸여진 액정물질 부피에 염료를 흡수시키는데 사용될 수 있다. 이러한 필름은 퍼가슨 '047에 개시되어 있으며 제1a도 및 제1b도에 도시되어 있다.
부가적으로, 염료는 필름중의 액정부피에 도입될 수 있으며, 여기에서 하나의 물질은 계면물질기능과 매트릭스물질기능을 하며 캡슐물질 자체는 사용되지 않는다. 이러한 필름은 상분리방법에 의해서 제조될 수 있다(하기 실시예 IV 참고). 상분리방법으로 제조된 필름은 매트릭스 물질만을 포함하는 것으로 여겨질 수도 있다. 상분리 방법은 여기에서 참고문헌으로서 병합된 웨스트 등의 미합중국 특허 제 4,685,771호(1987)에 개시되어 있다.
본 발명의 방법은 컨테인먼트 매체에서 액정물질에 다색성 염료를 흡수시키는데 사용될 수 있다. 컨테인먼트 매체는 캡슐물질, 매트릭스물질, 캡슐물질과 매트릭스물질의 컴비네이션, 계면물질과 캡슐물질의 컴비네이션 또는 계면물질, 캡슐물질 및 매트릭스물질의 컴비네이션을 포함할 수 있다. 컨테인먼트 매체는 어떠한 형태에서도 전기장과 같은 규정된 입력없이 액정물질과 염료의 비뚤어진 정렬을 유도한다. 전기장이 컨테인먼트 매체중의 액정물질과 염료를 가로질러 적용될 때 질서 있는 정렬이 유도된다. 따라서 빛이 상기 액정 복합물에 투과될 수 있다.
적합한 캡슐물질은 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(아크릴산) 및 이의 코폴리머, 폴리(하이드록시 아크릴레이트), 셀룰로오스유도체, 에폭시, 실리콘, 아크릴레이트, 폴리에스테르, 스티렌-아크릴산-아크릴레이트테르폴리머(terpolymers) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 수용성 담체 매체와 이 수용성 담체 매체에 대해 가용성이거나 또는 콜로이드로 분산가능한 캡슐물질의 컴비네이션이 특히 바람직하다. 표면 활성제가 사용될 수 있을지라도, 이것의 첨가없이 캡슐물질이 액정물질을 포함하는 캡슐을 형성할 수 있는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 경우, 캡슐물질 자체는 우수한 표면활성 성질을 가져야 한다(다시 말해서, 우수한 에멀션화제이어야 한다). 이와같은 성질을 갖는 폴리머의 종류는 친수성 세그먼트(segments)와 친유성 세그먼트를 포함하는 양친성(amphiphilic) 폴리머들이다. 이러한 폴리머들의 예로는 부분 가수분해된 폴리(비닐 아세테이트)(예를들면, 다우케미컬사의 Adcote™)와 스티렌-아크릴산 아크릴레이트 테르폴리머(예를들면, 에스,씨이,존슨사의 Joncryl™)가 있다.
상기한 바와 같이, 처음에는 계면물질 없이도 에멀션을 형성할 수 있지만, 결국에는 이의 전구물질은 중합반응에 의하여 계면물질을 형성할 수도 있다. 액정물질과 계면전구물질간의 상분리는 상기한 바의 용매제거 또는 온도변화에 의해 영향받을 수 있다. 따라서, 계면전구물질은 중합반응에 의해 계면물질로 전환된다. 계면전구물질의 중합반응은 가열(상분리가 용매제거에 의해 영향받는 경우)에 의해 개시되거나 또는 바람직하게는 광화학적으로, 예를들면 자외선의 방사에 의해 개시될 수 있다. 계면물질의 용해도 성질을 계면전구물질의 용해도 성질과는 상이하므로, 온도변화의 방법이 사용되는 경우 최종 복합물에 통상적으로 공급되는 온도 이상의 온도에서 에멀션화를 수행하는 것,은 불필요할 수 있다. 여기에서 사용된 용어, "중합(polymerizing)"과 "중합반응(polymerization)"은 액정물질과 캡슐물질 사이에 계면물질을 고정시키는 계면물질(또는 이의 전구물질)과 캡슐물질의 반응을 포함할 수도 있다.
적합한 계면 전구물질은 모노-또는 이작용기성(difunctional) 아크릴레이트, 모노-또는 이작용기성 메타크릴레이트, 에폭시(예를들면, 터올, 아민 또는 알코올로 경화된 것), 이소시아네이트(예를들면, 알코올 또는 아민으로 경화된 것) 및 실란을 포함한다. 가지난 알킬 단위체를 갖는 전구물질, 예를들면 2-에틸헥실 아크릴레이트가 바람직하다.
적합한 계면물질은 상기한 바의 전구물질, 즉 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리우레아, 실록산, 비닐폴리머 및 이들의 혼합물로 부터 유래된 상응하는 폴리머와 올리고머이다.
적합한 매트릭스 물질은 폴리우레탄, 폴리(비닐 알코올), 에폭시, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(아크릴산) 및 이의 코폴리머, 폴리(하이드록시 아크릴레이트), 셀룰로오스 유도체, 실리콘, 아크릴레이트, 폴리에스테르, 스티렌-아크릴산-아크릴레이트 테르폴리머 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 물질의 다양한 컴비네이션은 매트릭스를 형성하는데 사용될 수 있다. 예를들면, 바람직한 구체예에서, 매트릭스는 폴리(비닐 알코올)과 폴리우레탄이 50:50의 비율로 이루어진 블렌드를 포함할 수 있다.
다양한 이색성 또는 다색성 염료들은 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 염료 물질의 예로는 하기에서 제시되는 바와 같이, MGGI 염료 혼합물과 같은 흑색의 이색성 혼합물이 있다. 아조, 안트라퀴논 및 페릴렌 염료가 사용될 수도 있다.
계면물질, 캡슐물질 및 매트릭스물질로 된 바람직한 컴비네이션은 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트), 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐 알코올)과 폴리우레탄이 각각 50:50으로 이루어진 블렌드이다. 흑색의 다색성 염료 블렌드가 바람직하다. 대부분의 적용에서는 블랙 오프(off) 상태가 요구되는 "개폐(on-off)" 셔터를 필요로 하고 있다. 흑색의 염료블렌드는 실시예에서 예시되는 바와 같이 적어도 세가지의 염료를 혼합시켜 제조될 수 있다. 특히 이러한 복합물은 낮은 작동필드, 낮은 필드-오프(field-off) 투과성, 넓은 작동온도범위 및 우수한 전압-유지 퍼포먼스를 가지는 것으로 나타났다.
물리적으로 얽혀 있는 분자사슬을 가교결합시키거나 또는 캡슐물질을 적당하게 고정시켜서 매트릭스 물질에 의한 치환을 최소화시키기 에 유리할 수 있다.
상기한 내용들은 양의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정에 관한 것이지만, 다른 형태의 액정들도 본 발명의 방법에 의해 캡슐화될 수 있다. 본 발명의 기술을 크룩커 등의 미합중국 특허 제5,200,845호(1993)와 존의 WO 95/11475(1995)에 개시된 바와 같이, 액정 물질이 키랄 네마틱(또한 콜레스테릭으로도 공지되어 있음)인 액정 복합물에 적용될 수 있다. 또한 퍼얼만 등의 미합중국 특허 제5,216,530호 (1993)에 개시된 바와 같이, 액정물질이 스멕틱(smectic)인 복합물도 고려되고 있다.
본 발명의 실시는 한정하는 것이 아닌 단지 예시적인 것에 불과한 다음의 실시예들을 통하여 상세하게 이해될 수 있다. 별도의 가리킴이 없다면 모든 관련 함량들은 중량을 의미한다.
광학 측정은 f/o 수집광학과 평행한 550±40nm 광원에 의해서 수행되었다.각각의 테스트에 있어서, Ton은 전압의 존재하에서의 최대 투과율을 나타내며, Toff는 전압의 적용없이 얻어지는 투과퍼센트를 나타내고, E90은 Ton과 Toff의 차가 90%에 이르도록 장치를 켜놓는데 요구되는 장(field)(v/㎛)을 나타낸다. Ton과 Toff를 측정하기 위하여, 샘플들에 대한 전압을 올리고 낮추어(25단계 올림/25단계 내림, 0.7초/단계) 상대적으로 높은 장(전형적으로는 8∼10v/㎛)에 이르도록 하였다. T90의 값은 다음의 방정식으로 얻어진다 : T90=0.9(Ton-Toff)+Toff. 상승곡선(up curve)상의 T90에 도달되어야 하는 적용된 장은 E90이다(상승곡선은 전압을 증가시킴에 따라 얻어진 % T/V 곡선임). 실질적으로 E90은 샘플의 두께와는 무관하다. 상응하는 작동전압 V90은 두께에 의존하며 전압의 단위를 갖는다. V90은 E90과 액정구조의 두께(t)(마이크론)를 곱한 값이다(V90=t · E90).
장치의 개폐(switching)속도는 캡슐화된 액정물질의 필름에 전압을 가하거나 가하지 않음에 따라서 켜지거나 꺼지는 시간을 측정한 값이다. 개폐속도의 측정방법은 전압을 가한 다음 제거할때의 필름의 광학적 반응을 모니터하는 것이다. 개폐속도는 E90에서의 33.3Hz의 구형파 시그날에 1초동안 샘플을 공급하므로써 얻어졌다. 전압이 가해졌을 때 장치의 최종반응이 10% 에서 90%로 이르는데 소요되는 시간은 "상승시간(rise time)"으로서 정의될 수 있는 한편, 전압이 가해졌을 때 장치의 최종 반응이 90%에서 10%로 이르는데 소요되는 시간은 "하강시간(fall time)"으로서 정의될 수 있다. 측정되는 개폐속도는 가해지는 전압에 좌우된다. 움직이는 그래픽을 나타내는 디스플레이에 있어서는, 약 50msec 이하의 상승 및 하강시간이 바람직하다. 개폐속도가 훨씬 느리게 된다면 움직이는 상이 흐릿하게 된다. "프레임-연속(frame-sequential)" 디스플레이에 있어서는, 더욱 빠른 상승 및 하강시간, 즉 15msec 이하의 시간이 우수한 색채순도를 얻는데 바람직하다.
전압유지비율(VHR)은 15msec의 유지시간이 끝날 때 잔류하는 최초에 가해진 전압의 퍼센트로서 정의된다. VHR은 장치에 일련의 교류 극성전압 펄스를 적용하므로써 측정되었다. 이 펄스는 300μmsce 동안 지속되고 15msec 마다 적용하였다. 15msec의 유지시간 동안, 장치를 개방회로 상태로 유지시키고 장치를 가로질러 가해진 전압의 감소를 모니터하였다. VHR의 측정은 "정상상태(steady state)"에서 수행되었으며, 대부분의 장치에 대한 측정값은 20펄스 후에 얻어졌다. 더 큰 VHR 값이 더욱 바람직하다. 일반적으로 VHR의 측정은 E90또는 그 이상에서 수행되었다. 본 발명의 디스플레이는 바람직하게는 적어도 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 80%, 가장 바람직하게는 적어도 90%의 VHR 값을 갖는다.
장치는 광학적 반응중에 히스테리시스를 나타낼 수 있다 - 주어진 전압에서의 장치의 광학적 반응은 장치가 더 높거나 또는 낮은 전압으로 주어진 전압에 도달되는지의 여부에 따라 좌우된다. 많은 디스플레이들은 주어진 전기 시그날(전압)이 소기의 광학적 반응에 상응하도록 고안된다. 히스테리시스는 장치가 소기의 광학적 반응에 정확하게 이를 수 있는 능력을 떨어뜨린다. 이는 고도의 리솔루션(resolution) 디스플레이에 있어 그레이(gray) 수준의 수를 낮추는 효과를 갖는다. 히스테리시스의 측정방법은 장치에 가해지는 전압을 올린 다음 낮추어 광학적 반응곡선을 비교하는 방법이다. 곡선의 상승과 하강의 차가 클수록 히스테리시스가 크다. 장치에 대한 히스테리시스 값은 테스트에 사용된 전압과 시간에 크게 좌우된다. 대부분의 적용에 있어서 히스테리시스는 가능한 낮은 것이 바람직하다 : 20% 이하의 차이, 바람직하게는 6% 이하의 차이.
실시예 I
유리병에 8.4922g의 액정 TL216(EH 인더스트리)과 1.5519g의 아크릴레이트 혼합물 PN 393(EM 인더스트리)을 담았다. 이 혼합물을 선명해질때까지 교반한 다음, 그중의 9.8508g을 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에 10.9622g의 10% W/W 수용성용액 PVA(Airvol™ 205)와 6.5545g의 물을 첨가하였다. 이 용액을 혼합하여 콜터 카운터로 측정된 1.80㎛의 평균부피직경을 갖는 에멀션을 제조하였다. 이 에멀션을 밤새도록 탈기(degas) 시킨 다음, 먼저 30분동안 약 0℃에서 냉각시키고, 5분동안 12mW/㎠의 자외선(UV) 광원으로 경화시켰다. 경화된 에멀션을 튜브에 담고 다단계 과정으로 원심분리하였다. 튜브 바닥에 펠렛형태의 원심분리된 에멀션을 남겨둔채 상층액을 따라내었다. 60℃에서 밤새도록 펠렛을 건조하므로써, 펠렛이 17.56%의 수분을 함유하는 것으로 측정되었다. 유리병에 펠렛 0.800g과 PVA(Airvol™ 205)와 Neorez™ 967 폴리우레탄(ICI 레진)으로 이루어진 50/50% 용액 1.0387g을 첨가하였다. 이 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 3㎛ 멤브레인을 통하여 여과시켰다.
이어서 에멀션을 ITO-유리 기판상에 피복한 다음 건조하였다. 피복한 부분을 3% MGGI 염료(27% SI486, 27%M618(이들 모두는 미쓰이 도아쓰 케미컬사 제품) 및 46% GX874(니뽄 간꼬오 시끼소 겐큐소사 제품)로 이루어짐)를 포함하는 TL216 액정(EM 인더스트리) 용액에 직접적으로 접촉되도록 방치해 두었다. 액정물질과 염료를 1밀(mil) 스페이서로 유지시켰다. 상기 접촉물을 약 4시간 동안 약 50℃로 유지시켰다. 피복부분과 염색된 액정물질을 분리시킨 다음 질소 스트림(stream)으로 과량의 염료와 액정물질을 제거하였다. 제2의 ITO 유리기판을 방금 염색된 피복부분 상에 라미네이트 처리하였다.
결과로써 얻어진 장치는 온도의 함수로서 전자-광학적 퍼포먼스의 특성을 다음과 같이 나타내었다(표 1). 실온에서 E90은 0.80V/㎛이며, 5∼55℃에서 평탄한 전기-광학적 양상을 나타내었다.
Figure pct00002
실시예 Ⅱ
유리병에 12.00g의 액정 TL205(EM 인더스트리), 2.3529g의 아크릴레이트 혼합물 PN393 및 0.0471g의 1,1,1-트리메틸올프로판트리메타크릴레이트("TMPTMA", 폴리사이언스사)를 담았다. 비이커에 16.00g의 10% W/W PVA 수용액(Ailvol™ 205)과9.60g의 물을 첨가하였다. 이 용액을 혼합하여 2.0㎛의 평균 부피 직경(콜터카운터)을 갖는 에멀션을 제조하였다. 에멀션을 밤새도록 탈기한 다음 먼저 30분동안 약 0℃에서 냉각시키고, 5분동안 12mW/㎠의 자외선 광원으로 경화하였다. 경화된 에멀션을 튜브에 담고 원심분리하였다(70분 동안 13,500rpm으로 실시). 튜브 바닥에 펠렛형태의 에멀션을 남겨두고 상층액을 따라내었다. 밤새도록 펠렛을 건조하므로써, 펠렛이 20%의 수분을 함유하는 것으로 측정되었다. 유리병에 펠렛 0.7776g과 Joncryl™ 77 코폴리머 6.34%w/w 수용액 0.9262g을 첨가하였다. 이 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 5㎛ 멤브래인을 통하여 여과시켰다. 또다른 유리병에 펠렛 0.8624g과 Joncryl™ 74 코폴리머 6.32%w/w 용액 1.0264g을 첨가하였다. 이 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 5㎛ 멤브래인을 통하여 여과시켰다.
상기의 두 에멀션을 ITO 유리 기판상에 피복한 다음 건조하였다. 피복한 부분을 3% MGGI 염료를 포함하는 TL205 액정 용액에 직접 접촉되도록 방치해 두었다. 액정물질과 염료를 1밀 스페이서로 유지시켰다. 상기 접촉물을 약 50℃에서 약 4시간 동안 유지시켰다. 피복부분과 염색된 액정물질을 분리한 다음, 과량의 염료와 액정물질을 질소 스트림으로 제거시켰다. 제2의 ITO 유리 기판을 방금 염색된 피복부분상에 라미네이트 처리하였다.
이들 장치에 대한 전기-광학적 데이터는 표2에 나타내었다. 또한, PVA(Airvol™ 205)와 Neorez™ 967 폴리우레탄(ICI 레진)이 50:50의 비율로 이루어진 블렌드로 본 실시예에 따라 제조된 비교장치에 관한 데이터도 하기 표2에 나타내었다.
Figure pct00003
실시예 Ⅲ
유리병에 2.1499g의 액정 TL205, 0.4210g의 아크릴레이트 혼합물 PN393 및 0.0084g의 TMPTMA를 담았다. 이 혼합물을 선명해질때까지 교반한 다음, 그중의 2.4g을 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에 물 3.6g중의 Neorez™ 967 폴리우레탄 40%w/w 용액 3.23g을 첨가하였다. 이 용액을 혼합하여 3.0㎛의 평균 부피직경(콜터 카운터)을 갖는 에멀션을 제조하였다. 에멀션을 밤새도록 탈기한 다음, 먼저 30분동안 약 0℃에서 냉각시키고 5분동안 12mW/㎠의 자외선 광원으로 경화시켰다. 이 혼합물을 5㎛ 멤브래인을 통하여 여과시켰다. 상기 에멀션을 ITO 유리 기판상에 피복한 다음 1시간에 걸쳐서 건조하였다. 피복부분을 3% MGGI 염료를 포함하는 TL2O5 액정용액에 직전 접촉되도록 방치하였다. 액정물질과 염료는 1밀(mil) 스페이서로 유지되었다. 상기 접촉물을 약 50℃의 온도에서 약 3시간동안 유지시켰다. 피복부분과 염색된 액정물질을 분리한 다음 과량의 염료와 액정물질을 질소 스트림으로 제거하였다. 제2의 ITO 유리 기판을 방금 염색된 피복부분상에 라미네이트 처리하였다. 하기 표3에 전기-광학적 퍼포먼스를 요약하였다.
Figure pct00004
실시예 IV
유리병에 0.4066g의 액정 TL205와 0.1017g의 아크릴레이트 혼합물 PN393을 담았다. 상기 균일용액에 에포스타(Epostar) 10㎛ 유리스페이서를 첨가하였다. 43밀 ITO-피복 유리 기판상에 몇방울 떨어뜨렸다. 일부분의 7밀 ITO-피복 마일라폴리 (에틸렌 테레프탈레이트)("PET")를 상부 단편으로써 사용하였다. 편평함을 유지시키기 위하여, 마일라 PET를 글래스 기판에 물을 사용하여 일시적으로 부착시켰다. 상부 단편을 액정/아크릴레이트 용액에 내려놓아 마일라 PET를 상기 용액과 접촉시켰다. 상기 장치를 약 15℃에서 5분동안 10mW/㎠로 경화시켰다. 샘플을 자외선에 노출시기 전에 5분동안 15℃에서 평형을 유지시켰다. 마일라 PET를 제거하였다. 샘플을 50℃ 핫플레이트상의 1밀 스페이서에 접하도록 방치하였다. 3% MGG1 염료를 포함하는 TL 205 액정용액을 샘플에 모세관 충전시켰다. 장치를 50℃에서 약 3시간 동안 흠뻑 적셨다. 과량의 염료/액정을 질소에 의해 발산시켰다. 전기-광학적 특성을 관찰하기 위하여 샘플을 에칭된 기판으로 라미네이트 처리하였다(표 4). 본 실시예에서는 상분리(PIPS) 방법에 의해 제조된 필름에 흡수시키는 방법이 예시되어있다.
Figure pct00005
실시예 V
여러 흡수 샘플들을 보완적인 금속산화물 반도체 칩(CMOS)들로 라미네이트 처리하고 그 위에 다양한 비디오 시그날을 적용하였다. 사용된 물질들은 상기한 일반적인 방법에 따랐다 : 전형적인 실시예는 다음과 같다.
유리병에 50.8g의 액정 TL205, 10.113g의 아크릴레이트 혼합물 PN393 및 0.2023g의 TMPTMA를 담았다. 이 혼합물을 선명해질 때 까지 교반한 다음, 그중의 59.5g을 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에 PVA(Airvol™ 205) 10%w/w 수용액 66.11g과 물 39.665g을 첨가하였다. 이 혼합물을 혼합하여 콜터 카운터로 측정된 평균부피직경이 1.82인 에멀션을 제조하였다. 에멀션을 밤새도록 탈기한 다음, 먼저 30분동안 약 0℃에서 냉각시키고 5분동안 11mW/㎠의 자외선 광원으로 경화시켰다. 경화된 에멀션을 튜브에 담고 다단계 과정으로 원심분리하였다. 튜브바닥에 펠렛형태의 원심분리된 에멀션을 남겨두고 상층액을 따라 내었다.
상기 펠렛 부분을 밤새도록 건조하므로써 펠렛이 18.45%의 수분을 함유하는 것으로 측정되었다. 유리병에 펠렛 9.5g와 PVA(Airvol™ 205)와 Neorez™ 967 폴리우레탄[ICI 레진]으로 이루어진 50/50% 용액 14.7606g을 첨가하였다. 또한 이 유리병에 다음의 구조식을 갖는 올리고체 피복산(Oligomeric coating acid)의 1.0% 용액 8.0g을 첨가하였다.
Figure pct00006
여기에서 올리고머화 지수 x는 약 7.2 이다. 이러한 피복산과 다른 피복산들은 여기에서 참고문헌으로 병합된 로(Lau)의 미합중국 특허 제5,395,550호(1995)에 개시되어 있다. 상기 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 5㎛ 멤브래인을 통하여 여과시켰다.
에멀션을 ITO 유리 기판상에 피복한 다음 건조하였다. 피복부분을 3% MGG1 염료를 포함하는 TL205 액정용액과 직접 접촉되도록 방치하였다. 액정물질과 염료를 1밀 스페이서로 유지시켰다. 접촉물을 약 50℃에서 약 4시간동안 유지시켰다. 피복부분과 염색된 액정물질을 분리한 다음, 과량의 염료와 액정물질을 질소 스트림으로 제거하였다. 반사하는 CMOS 웨이퍼를 방금 염색된 피복부분상에 라미네이트 처리하였다. 결과로써 얻어지는 장치는 적당하게 낮은 전압에서 좋은 대조를 보이면서 다양한 바둑판 무늬로 CMOS 칩에 적용되었다.
일반적으로, 염료가 용해되어 있는 액정물질은 염색되지 않은 필름중의 액정물질과 동일하다. 그러나, 이는 본 발명에서 필요한 특징은 아니다. 예를들면, 실시예 VI의 방법에 따라, 액정물질중의 흑색염료는 TL205 액정물질의 소적을 포함하는 필름에 흡수되었다.
실시예 VI
PVA(Airvol™ 205)와 NeoRoz R967이 50 : 50의 비율로 이루어진 혼합물을 사용하여 실시예 Ⅱ에 예시된 방법에 따라서 표면이 개방된(open-faced) 필름을 제조하였다. 이 필름을 실온에서 2주 이상 박스에 보관하였다. 필름을 전화시킨 다음 60℃에서 18시간 동안 3%의 MGG1 이색성 염료혼합물을 포함하는 E37(머크사 제품) 액정과 접촉하도록 방치해 두었다. 과량의 액정을 질소에 의해 발산시킨 다음 제2의 ITO-피복 유리기판을 필름상에 라미네이트 처리하였다. 필름의 전기-광학적 퍼포먼스를 측정하였다. Toff는 22%이었으며, 이는 상당한 염료 흡수력을 나타낸다. V90은 4.7 볼트였다. 샘플로부터 전압을 제거하였을 때, 샘플은 부분적으로 남아있었다(52%의 투과율). 약 50℃로 가열시키면 샘플의 Toff는 원래의 22%로 회복된다. 이러한 양상은 반복가능하였다, 필름의 VHR 은 V90(4.7V)에서 79% 이었으며 30V에서 96%이었다.
또다른 접근방법에 의해서도 염료는 한 세트의 액정 소적에서 다른 액정 소적으로 확산된다. 이러한 방법은 실시예 Ⅶ에 예시되어 있다.
실시예 Ⅶ
본 실시예는 큰 입자의 염색된 수용성 에멀션과 블렌드 된 염색되지 않은 에멀션을 포함하는 표준 아크릴레이트에 관한 것이다.
유리병에 9.231g의 액정 TL205, 1.81g의 아크릴레이트 혼합물 PN393 및 0.0362g의 TMPTMA를 담았다. 이 혼합물을 선명해질때까지 교반한 다음, 그 중의 10.2763g을 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에 11.686g의 PVA(Airvol™ 205)9.77%w/w 수용액과 6.58g의 물을 첨가하였다. 이 용액을 혼합하여 콜터 카운터에 의해 측정된 평균 부피직경이 1.85㎛인 에멀션을 제조하였다. 에멀션을 밤새도록 탈기한 다음, 먼저 30분동안 약 0℃에서 냉각시키고 30분 동안 4mW/㎠의 자외선 광원으로 경화시켰다. 경화된 에멀션을 튜브에 담고 원심분리하였다. 튜브바닥에 펠렛형태의 에멀션을 남겨두고 상층액을 따라 내었다. 밤새도록 펠렛부분을 건조하므로써 펠렛이 21.7%의 수분을 함유하는 것으로 측정되었다. 유리병에 1.3207g의 펠렛과 1.5218g의 Neorez™ 967 폴리우레탄 6.3%w/w 용액을 첨가하였다. 이 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 방치해두었다.
염색된 에멀션을 제조하기 위하여, TL 205 액정중의 MGG1 염료 7% 용액 2.0149g을 비이커에 담았다. 이 비이커에 PVA(Airvol™ 205) 10% w/w 수용액 4.0549g을 첨가하였다. 이 용액을 혼합하여 콜터 카운터에 의해 측정된 평균부피직경이 2.8㎛인 에멀션을 제조하였다.
새로운 비이커에서 염색되지 않은 에멀션을 포함하는 아크릴레이트 2.6335g과 염색된 에멀션 0.6964g을 혼합하였다; 이 혼합물을 주걱으로 부드럽게 저어준 다음 8㎛ 멤브레인을 통하여 여과시켰다. 에멀션을 ITO-피복 마일러 PET 기판상에 피복한 다음 1시간 동안 건조하였다. 또 다른 ITO-피복마일러 PET 단편을 피복부분의 상부에 라미네이트 처리하였다. 60℃에서 약 691시간 동안 노화시킨 후 뿐 아니라, 장치 형성 후의 전기-광학적 데이터를 수집하였다. 염색된 에멀션으로만 이루어진 장치(표5의 대조군)와 비교할 때, 작동 전압은 에멀션 함유 아크릴레이트와의블렌드에 의해 실질적으로 감소되는 것으로 나타났다.
Figure pct00007
비디오와 같이 고도의 정보와 동작을 나타내는데 사용되는 액정 디스플레이는 액정 복합물에 전압시그날을 공급하는 전기 드라이버로서 "능동 매트릭스 패널(active matrix panels)"을 종종 포함한다. 능동 매트릭스 드라이브를 거쳐 작동되는 디스플레이의 경우, 낮은 드라이브 전압에서 높은 광도뿐 아니라 우수한 대비를 갖고 또한 능동 매트릭스 패널에 의해 공급되는 전압을 유지하기 위하여 고도의 저항성을 갖는 액정 복합물을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명은 능동 매트릭스 드라이브 패널과 함께 사용하는 우수한 대비, 높은 광도, 낮은 전압, 고도의 저항성을 갖는 액정 복합물을 얻는 방법을 제공한다.
기판 15a 또는 15b중의 하나는 상이한 부분의 디스플레이(화상요소들)에 상이한 전기 시그날들을 공급하는 기판일 수 있다. 때때로 드라이버로서 간주되는 이 기판은 다양한 수준의 투과율에서 디스플레이의 액정 복합물 부분을 포함하므로써 모형(patterns)을 나타낼 수 있는 능력을 제공한다. 드라이버는 모형화된 전극이거나 또는 "능동 매트릭스 패널"일 수 있다. 능동 매트릭스 패널은 각 화상요소에서 능동 전기요소, 즉 트랜지스터를 포함한다. 능동 매트릭스 패널은 투과성을 갖는유리상의 박막 트랜지스터 배열(TFT)이거나 또는 비투과성의 CMOS 웨이퍼일 수 있다.
본 발명은 계면물질의 경화후에 액정물질의 소적에 염료를 도입하는 방법을 제공한다. 따라서,염료는 계면물질의 경화와 중합을 방해하지 않는다. 염료를 포함하는 액정물질은 염료를 액정물질의 소적 또는 캡슐에 도입하기 위한 담체로서 사용된다. 결과로써 얻어진 복합물은 우수한 대비율과 낮은 작동전압을 갖는 장치를 제공한다.
이상에서 언급한 본 발명의 상세한 설명은 주로 본 발명의 특정부분에 관한 내용이다. 상기의 기술내용은 명쾌하고 편리한 이해를 얻기 위함이며, 특정의 성질은 개시되어 있는 상기 기술내용 이상의 범위에 관련된 것일 수 있으며, 여기에서 개시된 기술내용은 다른 곳에서 발견되는 적절한 정보의 모든 복합적인 내용을 포함한다. 유사하게는, 다양한 도면 및 상세한 설명이 본 발명의 특정예에 관한 것일지라도, 특정의 도면에 개시되어 있는 특정성질은, 적절한 한도에서는 또 다른 도면, 다른 성질들과 복합된 내용 또는 일반적인 본 발명의 기술내용 범위에서 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 하기 (a) 및 (b) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 컨테인먼트 매체에 분산되어 있는 복수부피의 액정물질과 성분을 포함하는 액정복합물의 제조방법 :
    (a) 컨테인먼트 매체에 복수부피의 액정물질을 형성시키는 단계 ;
    (b) 성분과 액정물질로 이루어진 용액을 컨테인먼트 매체와 접촉시키므로써 복수부피의 액정물질에 성분을 흡수시키는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분은 첨가제, 계면변형제 및 트위스트제로 이루어진 군으로 부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분은 다색성 염료임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수부피의 액정물질은 양의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정물질임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수부피의 액정물질은 염료를 함유한 용액중의 액정물질과 동종임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    흡수단계는 염료함유 에멀션과 복수부피의 액정물질을 혼합하므로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 하기 (a)∼(d) 단계를 포함하며, 액정물질은 적어도 하나의 부가물질에 의해 매트릭스물질로부터 적어도 부분적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 매트릭스물질에 분산되어 있는 복수부피의 액정물질과 다색성 염료를 포함하는 액정복합물의 제조방법 :
    (a) 액정물질이 적어도 하나의 부가물질로 둘러싸여 있는 캡슐을 형성하는 단계;
    (b) 매트릭스 물질 또는 이의 전구물질이 존재하는 매체에 캡슐을 분산시키는 단계 ;
    (c) 매트릭스물질 또는 이의 전구물질을 캡슐주위에 고정시키는 단계 ; 및
    (d) 캡슐중의 액정물질에 다색성 염료를 흡수시키는 단계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액정물질은 양의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정물질임을 특징으로 하는 방법.
  9. 하기 (a)∼(d) 단계를 포함하며, 액정물질은 액정물질 주위에 있는 캡슐물질과 계면물질에 의해 매트릭스물질로부터 적어도 부분적으로 분리되는 것을 특징으로하는 다색성 염료를 포함하는 액정 복합물의 제조방법 :
    (a) 액정물질이 계면물질과 캡슐물질로 둘러싸여 있는 캡슐을 형성하는 단계 ;
    (b) 매트릭스 물질 또는 이의 전구물질이 존재하는 매체에 캡슐을 분산시키는 단계 ;
    (c) 매트릭스 물질에 분산되어 있는 복수부피의 액정물질을 형성하기 위하여 매트릭스물질 또는 이의 전구물질을 캡슐 주위에 고정시키는 단계 ; 및
    (d) 다색성 염료와 액정물질로 이루어진 용액을 매트릭스 물질과 접촉시켜서 매트릭스 물질에 분산되어 있는 복수부피의 액정물질에 다색성 염료를 흡수시키는단계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    복수부피의 액정물질은 양의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정물질임을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    다색성 염료는 아조, 안트라퀴논 및 페닐렌 염료로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    액정물질과 다색성 염료로 이루어진 용액을 약 20℃∼90℃에서 매트릭스 물질과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    액정물질과 다색성 염료로 이루어진 용액은 약 0.5중량%∼5중량%의 염료를 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    과량의 액정물질과 다색성 염료는 질소 스트림에 의해서 매트릭스 물질의 표면으로 부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    매트릭스 물질에 분산되어 있는 복수부피의 액정물질은 매트릭스 물질과 접촉하는 다색성 염료를 포함하는 용액중의 액정물질과 동종임을 특징으로 하는 방법.
  16. 하기 (a)∼(f) 단계를 포함하며, 복수부피의 액정물질과 염료는 캡슐물질에 분산되어 있고 상기 액정물질과 염료는 사이에 위치하는 계면물질에 의해 캡슐물질로 부터 적어도 부분적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 제조방법 :
    (a) (i) 캡슐물질에 의해 복수부피의 액정물질이 포함되고 (ii) 계면물질 또는 이의 전구물질이, 계면물질 또는 이의 전구물질과 액정물질이 상호적으로 용해 가능한 임의의 용매와 액정물질을 포함하는 균일용액을 형성하는 조건하에서, 캡슐물질, 계면물질 또는 이의 전구물질, 액정물질 및 수용성 담체 매체를 포함하는 에멀션을 형성하는 단계 ;
    (b) 계면물질의 전구물질을 중합하여 계면물질의 전구물질이 존재하는 계면물질을 형성하는 단계 ;
    (c) 수용성 담체 매체를 제거하는 단계 ;
    (d) 매트릭스 물질 또는 이되 전구물질이 존재하는 매체에 복수부피의 액정물질을 분산시키는 단계 ;
    (e) 매트릭스 물질 또는 이의 전구물질을 복수부피의 액정물질 주위에 고정시켜 액정필름을 형성하는 단계 ; 및
    (f) 다색성 염료와 액정물질로 이루어진 용액을 액정 필름과 접촉시키므로써 복수 부피의 액정물질에 다색성 염료를 흡수시키는 단계.
  17. 컨테인먼트 매체에 있는 액정물질과 이 액정물질에 흡수된 다색성 염료를 포함하는 디스플레이 제조용 광학 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    액정물질의 상이한 부분들에 전기장을 적용하는 전극수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    전극수단은 능동 매트릭스 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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