KR101272745B1 - 조광성 액정 소자 - Google Patents

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Abstract

전극층을 가지는 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판과, 이들 기판의 사이에 지지된 조광층을 가지며, 상기 조광층이 네마틱 액정재료 및 투명성 고체물질로 이루어지고, 상기 네마틱 액정재료가, 하기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물 및/또는 하기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물을 함유하면서 하기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물을 함유하고, 상기 네마틱 액정재료가 상기 투명성 고체물질 중에, 독립된 미세 방울상으로 분산되며, 상기 미세 방울의 평균 입경이 0.1~50㎛인 조광성 액정 소자.
Figure 112011048601904-pct00054
(식 중, R1~R3은 각각 독립적으로 탄소원자수 1~10인 알킬기 등을 나타내며, A1 및 A2는 각각 독립적으로 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내며, X1 및 X2는 각각 독립적으로 시아노기, 탄소원자수 1~10인 알킬기 등을 나타낸다.)
조광성 액정 소자, 조광층, 네마틱 액정재료, 투명성 고체물질

Description

조광성 액정 소자{LIGHT-MODULATING LIQUID-CRYSTAL ELEMENT}
본 발명은 조광성을 가지는 액정 소자에 관한 것이다.
액정 및 그것을 유지하는 투명성 고체물질(예를 들면 고분자)에 의해 형성되는 조광성(調光性) 액정 소자는 전계 무인가시에는, 투명성 고체물질(예를 들면 고분자)의 굴절율과 액정의 굴절율의 차 등에 의해 입사광이 산란하기 때문에, 뿌연(백탁(白濁)) 상태가 되고, 한편, 전계가 인가되면 액정이 그 전장(電場)방향을 향하여 정렬하기 때문에, 투명성 고체물질(예를 들면 고분자)의 굴절율과 액정의 굴절율이 가까운 값이 되기 때문에 투명상태가 된다. 그리고, 전계를 떼면 다시 원래의 뿌연 상태가 된다.
조광성 액정 소자의 요구 특성으로서는, (1)투명시와 백탁시의 충분한 콘트라스트(contrast)를 가지는 것, (2)저전압으로 구동할 수 있는 것, (3)동작 온도범위가 넓은 것 등을 들 수 있다. 또한, 조광성 액정 소자는 그 용도로서 건재(建材) 등에 사용되는 경우가 많으며, 태양광이나 실내광 등의 영향에 의해 황변한다는 문제가 있고, 그 때문에 (4)내광성(내후성)이 뛰어난 것도 중요한 요구 특성으로서 들 수 있다.
이들 요구 특성을 만족하기 위해, 현재까지 각종 조광성 액정 소자가 제안되 어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 수지 중에, 네마틱(nematic) 액정재료를 봉입한 캡슐을 가지는 조광 소자가 제안되어 있다. 그러나, 이 조광 소자는 마이크로캡슐화하는 공정을 포함하기 때문에 생산 공정이 번잡해지고, 또한 소자 작성시 수용성 폴리머를 사용하거나, 물에 유화 분산한 폴리머를 사용하기 때문에 내수성이 떨어지고, 그 결과, 백탁화·팽윤하여 물리적 성질의 저하를 초래한다는 결점을 가지고 있었다.
또한, 특허문헌 2, 3에는, 수지 중에 녹아 있는 액정이 수지의 고화(固化)시에 상분리되어, 미세 방울로서 수지 매트릭스 중에 분산되어 있는 조광 소자가 제안되어 있다. 그러나, 이들 조광 소자는 사용 온도범위가 좁고, 또한 내광성(내후성) 면에서 만족할만한 것은 아니었다.
또한, 특허문헌 4에는, 네마틱 액정재료가 연속층을 형성하고, 투명성 고체물질이 액정재료 중에 3차원 네트워크상으로 분산되어 있는 조광 소자가 제안되어 있다. 그러나, 이 조광 소자는 투명-불투명(백탁)의 콘트라스트가 충분하지 않고, 또한 내광성(내후성) 면에서도 만족할만한 것은 아니었다.
또한, 특허문헌 5에는, 특정한 구조를 가지는 액정화합물(톨란(i.e. tolans))을 사용한 조광 소자가 제안되어 있다. 그러나, 이 조광 소자는 내광성(내후성)이 떨어져, 소자가 황변한다는 문제가 있었다.
이와 같이, 종래 제안되어 있는 조광 소자로는 상기 요구 특성을 충분히 만족할 수 없고, 특히, 황변을 충분히 막을 수 없어, 내광성(내후성)에 큰 문제가 있었다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공고 평3-52843호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허 제2721497호 공보
[특허문헌 3] 일본국 특허 제2614854호 공보
[특허문헌 4] 미국 특허 제5374371호 명세서
[특허문헌 5] 일본국 특허 제3427905호 공보
본 발명의 목적은 충분한 콘트라스트를 가지며, 넓은 온도범위에서 구동할 수 있고, 특히 내광성(내후성)이 뛰어난 조광성 액정 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 어느 특정한 액정재료 및 그 형태를 발견하여, 그들에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 지견하였다.
본 발명은 상기 지견에 근거하여 이루어진 것으로서, 전극층을 가지는 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판과, 이들 기판의 사이에 지지된 조광층(調光層)을 가지며, 상기 조광층이 네마틱 액정재료 및 투명성 고체물질로 이루어지고, 상기 네마틱 액정재료가 (a)성분으로서, 하기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상, 및/또는 (b)성분으로서 하기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 함유하면서, (c)성분으로서 하기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 함유하고, 상기 네마틱 액정재료가 상기 투명성 고체물질 중에, 독립된 미세 방울상으로 분산되어, 상기 미세 방울의 평균 입경이 0.1~50㎛인 것을 특징으로 하는 조광성 액정 소자를 제공하는 것이다.
Figure 112008020266839-pct00001
(식 중, R1은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A1은 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
Figure 112008020266839-pct00002
(식 중, R2는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A2는 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내며, X1은 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
Figure 112008020266839-pct00003
(식 중, R3은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, X2는 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
또한, 본 발명은 상기 네마틱 액정재료 중에, 하기 일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조를 가지는 화합물을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 상기 조광성 액정 소자를 제공하는 것이다.
Figure 112008020266839-pct00004
(식 중의 벤젠환은 치환기를 복수 가지고 있어도 된다.)
또한, 본 발명은 촉진 내후성 시험기에 의해, 0.8㎽/㎠의 자외선(300~400㎚)을 350시간 조사한 전후의, 황색도의 변화(L*a*b* 표색계에 있어서의 Δb*)가 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 상기 조광성 액정 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 조광성 액정 소자는 전극층을 가지는 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판과, 이들 기판의 사이에 지지된 조광층을 가지며, 상기 조광층이 네마틱 액정재료 및 투명성 고체물질로 이루어지고, 상기 네마틱 액정재료가 (a)성분으로서 하기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상, 및/또는 (b)성분으로서 하기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 함유하면서, (C)성분으로서 하기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 함유하고, 상기 네마틱 액정재료가 상기 투명성 고체물질 중에 독립된 미세 방울상으로 분산되며, 상기 미세 방울의 평균 입경이 0.1~50㎛인 것을 특징으로 하는 조광성 액정 소자이다.
Figure 112008020266839-pct00005
(식 중, R1은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내며, A1은 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
Figure 112008020266839-pct00006
(식 중, R2는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A2는 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4- 페닐렌을 나타내며, X1은 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
Figure 112008020266839-pct00007
(식 중, R3은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내며, X2는 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
본 발명의 조광성 액정 소자에 있어서, 기판은 견고한 재료, 예를 들면 유리, 금속 등이어도 되며, 유연성을 가지는 재료, 예를 들면 플라스틱 필름과 같은 것이어도 된다. 그리고, 기판은 2장이 대향하여 적당한 간격을 둘 수 있는 것이다. 또한, 그 적어도 한쪽은 투명성을 가지며, 그들 2장의 사이에 지지되는 조광층을 외계(外界)로부터 볼 수 있게 하는 것이어야만 한다. 단, 완전한 투명성을 필수로 하는 것은 아니다. 만일 본 발명의 조광성 액정 소자가 소자의 한쪽 측으로부터 다른 쪽 측으로 통과하는 광에 대하여 작용시키기 위해 사용되는 경우는 2장의 기판은 함께 적절한 투명성이 부여된다. 또한, 이 기판에는, 목적에 따라 투명 또는 불투명의 적절한 전극이 그 전면 또는 부분적으로 배치되어도 된다.
2장의 기판간에는 네마틱 액정재료 및 투명성 고체물질을 개재시킨다. 또한, 2장의 기판간에는 통상, 주지의 액정 소자와 마찬가지로 간격 유지용의 스페이서를 상법(常法)에 따라 개재시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 네마틱 액정재료는 투명성 고체물질 중에 독립된 미세 방울상으로 분산되어 존재하고, 미세 방울의 평균 입경은 0.1~50㎛의 범위 내이며, 광 산란의 효율화의 관점에서, 바람직하게는 0.5~25㎛, 보다 바람직하게는 2~8㎛이다. 또한, 콘트라스트의 면에서 10㎛이상의 미세 방울은 20%이하인 것이 바람직하고, 구동 전압 및 저온 구동의 면에서 1㎛보다 작은 미세 방울은 20%이하인 것이 바람직하다.
조광층 중의 네마틱 액정재료의 비율은 콘트라스트(디바이스로서의 광학특성)의 면에서, 30중량%~70중량%가 바람직하고, 40중량%~60중량%가 보다 바람직하다. 70중량%를 넘으면 미세 방울의 입경이 지나치게 커지고, 또한 미세 방울상의 분산 상태가 되기 어려워지기 때문에, 콘트라스트 또는 광 산란에 문제가 생기기 쉽다. 30중량%보다 적어지면 산란 부위의 감소에 의해 콘트라스트가 나빠지기 쉽다.
미세 방울상의 네마틱 액정재료는 투명성 고체물질과의 사이에서 광학적 경계면을 형성하고, 전계 무인가시에는, 투명성 고체물질과의 굴절율의 차로부터, 입사광을 산란시켜, 뿌연(백탁) 상태를 발현시키고, 전계가 인가되면, 액정이 그 전장방향을 향하여 정렬하기 때문에, 액정의 굴절율과 투명성 고체물질의 굴절율이 가까운 값이 되기 때문에 투명상태가 된다.
투명성 고체물질은 네마틱 액정재료를 미세 방울상으로 분산한 상태로 존재시키는 것이면 되고, 그 투명성은 소자의 사용 목적에 따라 적절히 정하면 되며, 그 고체성에 대해서는 견고한 것에 한정되지 않고, 목적에 따를 수 있는 한 가요성(可撓性), 유연성, 탄성을 가지는 것이어도 된다.
다음으로, 본 발명에 사용되는 네마틱 액정재료에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
우선, (a)성분으로서 이용되는 하기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물 군에 대하여 설명한다.
Figure 112008020266839-pct00008
일반식(Ⅰ) 중, R1은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기이다. 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기로서는, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 이소노닐, 데실, 메톡시메틸, 메톡시에틸 등을 들 수 있고, 탄소원자수 1~10인 알콕시기로서는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시 등을 들 수 있다. R1로서는 특히 액정성(Nem상(nematic phase)이 넓고, Sm상(smectic phase)이 좁아지며, 결정성이 낮고, 점도가 낮음)의 면에서, 탄소원자수 2~7인 직쇄의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헵틸이 바람직하다.
또한 A1은 트랜스-1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이다.
일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물의 구체예로서는, 하기의 [화합물 1]~[화합물 36] 등을 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112008020266839-pct00009
Figure 112008020266839-pct00010
Figure 112008020266839-pct00011
Figure 112008020266839-pct00012
Figure 112008020266839-pct00013
일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물은, 저온하에서의 액정상(liquid-crystal phase)의 안정화(저온측의 액정상을 넓힘)의 면에서, 네마틱 액정재료 중에 10~70중량% 함유시키는 것이 바람직하고, 20~60중량%가 보다 바람직하다. 70중량%를 넘으면 NI점의 저하(조성물의 액정 상한온도를 지나치게 낮춤)를 초래하기 쉽고, 10중량%보다 적으면 조성물의 저온화에서의 보존성이나 특성의 밸런스가 악화하는 경우가 있다.
다음으로, (b)성분으로서 이용되는 하기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물 군에 대하여 설명한다.
Figure 112008020266839-pct00014
일반식(Ⅱ) 중 R2는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기이다. 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기로서는, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 이소노닐, 데실, 메톡시메틸, 메톡시에틸 등을 들 수 있고, 탄소원자수 1~10인 알콕시기로서는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시 등을 들 수 있다. R2로서는, 특히 액정성(Nem상이 넓고, Sm상이 좁아지며, 결정성이 낮고, 점도가 낮음)의 면에서 탄소원자수 2~7인 직쇄의 알킬기가 바람직하며, 구체적으로는 프로필, 펜틸이 바람직하다.
또한 X1은 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기이다. 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기의 예로서는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 이소노닐, 데실, 메톡시메틸, 메톡시에틸 등을 들 수 있고, 탄소원자수 1~10인 알콕시기로서는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시 등을 들 수 있다. X1은 액정성의 넓음, 굴절율 이방성(異方性)의 큼 면에서는 시아노기, 점도의 낮음에서는 알킬기, 또는 에테르기를 가지는 알킬기가 바람직하다.
또한 A2는 트랜스-1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이다.
일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물의 구체예로서는, 하기의 [화합물 37]~[화합물 82]를 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112008020266839-pct00015
Figure 112008020266839-pct00016
Figure 112008020266839-pct00017
Figure 112008020266839-pct00018
Figure 112008020266839-pct00019
Figure 112008020266839-pct00020
Figure 112008020266839-pct00021
일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물은 투명점 및 Δn의 증가의 면에서, 네마틱 액정재료 중에 5~50중량% 함유시키는 것이 바람직하고, 10~30중량%가 보다 바람직하다. 50중량%를 넘으면 스멕틱(smectic)성이 증가하는 면에서 바람직하지 않고, 5중량%보다 적으면 NI점의 저하나 Δn 등의 특성의 밸런스를 무너뜨리는 경우가 있다는 점에서 바람직하지 않다.
또한 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물[(a)성분]과 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물[(b)성분]의 합계는, 액정성의 면에서 네마틱 액정재료 중 20~80중량%가 바람직하고, 30~70중량%가 보다 바람직하다.
다음으로, (c)성분으로서 이용되는 하기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물 군에 대하여 설명한다.
Figure 112008020266839-pct00022
식 중, R3은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기이다. 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기로서는, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 이소노닐, 데실, 메톡시메틸, 메톡시에틸 등을 들 수 있고, 탄소원자수 1~10인 알콕시기로서는, 예를 들면 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시 등을 들 수 있다. R3으로서는, 특히 액정성(Nem상이 넓고, Sm상이 좁아지며, 결정성이 낮고, 점도가 낮음)의 면에서 탄소원자수 2~7인 직쇄의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는 에틸, 프로필, 펜틸, 헵틸이 바람직하다.
또한 X2는 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기이다. 에테르 결합을 가져도 되는 탄소수 1~10인 알킬기로서는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 이소노닐, 데실, 메톡시메틸, 메톡시에틸 등을 들 수 있고, 탄소원자수 1~10인 알콕시기로서는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시 등을 들 수 있다. X2는 Nem상의 넓음 면에서는 시아노기가 바람직하고, 점도의 낮음이나 저온에서의 보존성이 양호한 점에서는 알킬기 또는 에테르 결합을 가지는 알킬기가 바람직하며, 특히 직쇄인 알킬기가 바람직하다.
일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물의 구체예로서는 하기의 [화합물 83]~[화합물 119]를 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112008020266839-pct00023
Figure 112008020266839-pct00024
Figure 112008020266839-pct00025
Figure 112008020266839-pct00026
Figure 112008020266839-pct00027
일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물은, 굴절율 이방성의 증가, NI점의 증가의 면에서, 네마틱 액정재료 중에 1~40중량% 함유시키는 것이 바람직하고, 1~30중량%가 보다 바람직하다. 또한, 50중량%를 넘으면, 점도의 상승이나 결정성(Sm성)의 증가 등 특성의 밸런스상의 문제의 면에서 바람직하지 않다.
본 발명의 조광성 액정 소자에 사용하는 네마틱 액정재료에 있어서, (a)성분으로서의 상기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물은, 네마틱 액정재료의 특성의 밸런스 등을 고려하여, 1종으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용한다. (b)성분으로서의 상기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물 및 (c)성분으로서의 상기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물도 동일하다.
또한, 본 발명의 조광성 액정 소자에 사용하는 네마틱 액정재료에는, 상기 (a)~(c)성분 외에 종래의 조광성 액정 소자에 사용되고 있는 액정화합물을 함유시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 조광성 액정 소자에 사용되는 네마틱 액정재료는, 하기 일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조(이하, 톨란 골격(tolan structure)이라고도 칭함)를 가지는 화합물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 일반식(Ⅳ) 중 식 중의 벤젠환은 치환기를 가지고 있어도 된다.
Figure 112008020266839-pct00028
일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조는 톨란 골격이라고도 하며, 그 구조를 가지는 화합물은 톨란화합물이라 칭해진다. 일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조를 가지는 화합물로서는 톨란 골격을 분자 구조 중에 가지는 톨란계 액정 등을 들 수 있다.
일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조를 가지는 화합물(톨란화합물)로서는, 하기 일반식(Ⅴ)로 표현되는 화합물을 들 수 있는데, 이것에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112008020266839-pct00029
(식 중 R4는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기 또는 알케닐기, 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A3은 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내며, X3은 시아노기, 불소원자, 탄소원자수 1~10인 알콕시기, 알릴기, 또는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기를 나타내며, Yl, Y2, Y3 및 Y4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 불소원자를 나타내며, n은 0, 1 또는 2를 나타낸다.)
일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조를 가지는 화합물(톨란화합물)의 구체예로서는, 하기의 [화합물 120]~[화합물 143]을 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112008020266839-pct00030
Figure 112008020266839-pct00031
Figure 112008020266839-pct00032
Figure 112008020266839-pct00033
본 발명의 조광성 액정 소자에 이용되는 네마틱 액정재료에 대하여 더욱 설명한다.
본 발명에 따른 네마틱 액정재료의 아이소트로픽(isotropic)으로부터 네마틱에의 전이온도(NI점)는, 광학 소자가 실제로 사용 가능한 온도범위의 면에서 60~120℃의 범위 내가 바람직하고, 80~100℃의 범위 내가 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 네마틱 액정재료는 보존 안정성이 뛰어나고, 예를 들면 -20℃로 보존해도(특히 보존 안정성이 뛰어난 것은 -20℃로 14일 이상 보존해도) 결정·침전·탁해짐 등을 발생시키지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 네마틱 액정재료의 유전율 이방성(Δε)은, 소자의 구동 전압의 저하의 면에서 5 이상이 바람직하지만, 소자의 히스테리시스(hysteresis) 억제를 위해서는 20 이하가 바람직하고, 이 점들을 종합하여 5~25의 범위 내가 바람직하며, 10~20의 범위 내가 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 조광성 액정 소자에 이용되는 투명성 고체물질에 대하여 설명한다.
조광층 중에 있어서의 투명성 고체물질의 사용량은, 콘트라스트(디바이스로서의 광학특성)의 면에서 30~70중량%가 바람직하고, 40~60중량%가 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 투명성 고체물질로서는 유리, 고분자 화합물 등을 들 수 있으며, 특히 고분자 화합물이 바람직하다. 고분자 화합물은, 고분자를 형성하는 모노머 또는 올리고머의 1종 또는 2종 이상의 중합 반응(경화 반응)에 의해 얻어진다. 고분자 화합물을 형성하는 모노머 또는 올리고머는 열, 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화시킬 수 있으며, 경화 촉매를 사용하여 경화시키는 것도 바람직하다. 또한 모노머 또는 올리고머의 1종 이상을 함유하는 중합성 조성물(열경화성 조성물, 활성 에너지선 경화성 조성물)로서 중합(경화)시켜도 된다. 중합성 조성물(열경화성 조성물, 활성 광선 경화성 조성물)에는 모노머 또는 올리고머의 1종 이상 이외에, 중합 촉매(중합 개시제, 경화 촉매), 연쇄 이동제, 광 증감제, 가교제, 용제(예를 들면 유기용제, 물, 수용성 용제), 합성수지 등 종래 중합성 조성물(경화성 조성물)에 사용되고 있는 성분 등이 함유되어 있어도 되며, 이들의 함유량은 바람직하게는 중합성 조성물 중에서 합계 10중량%이하로 한다.
본 발명에 따른 투명성 고체물질은 모노머 또는 올리고머, 혹은 모노머 또는 올리고머를 함유하는 중합성 조성물(경화성 조성물)을 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화시킨 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 투명성 고체물질은 동종 또는 이종의 것과의 적층구조를 가지고 있어도 되며, 표면처리 등이 실시되어 있어도 된다.
투명성 고체물질인 고분자 화합물을 형성하는 모노머의 예로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 스티렌, 클로로스티렌, α-메틸스티렌, 디비닐벤젠; 치환기로서 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 아밀, 2-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 도데실, 헥사데실, 옥타데실, 시클로헥실, 벤질, 메톡시에틸, 부톡시에틸, 페녹시에틸, 알릴, 메탈릴, 글리시딜, 2-히드록시에틸, 2-히드록시프로필, 3-클로로-2-히드록시프로필, 디메틸아미노에틸, 디에틸아미노에틸 등과 같은 기를 가지는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 푸마레이트; 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 글리세린 및 펜타에리스리톨 등의 모노(메타)아크릴레이트 또는 폴리(메타)아크릴레이트; 초산비닐, 부티르산비닐 또는 안식향산비닐, 아크릴로니트릴, 세틸비닐에테르, 리모넨, 시클로헥센, 디알릴프탈레이트, 디알릴이소프탈레이트, 2-, 3- 또는 4-비닐피리딘, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-히드록시메틸아크릴아미드 또는 N-히드록시에틸메타크릴아미드와 그들의 알킬에테르화합물; 네오펜틸글리콜 1몰에 2몰 이상의 에틸렌옥사이드 혹은 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻은 디올의 디(메타)아크릴레이트; 트리메틸올프로판 1몰에 3몰 이상의 에틸렌옥사이드 혹은 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻은 트리올의 디 또는 트리(메타)아크릴레이트; 비스페놀A 1몰에 2몰 이상의 에틸렌옥사이드 혹은 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻은 디올의 디(메타)아크릴레이트; 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 1몰과 페닐이소시아네이트 혹은 n-부틸이소시아네이트 1몰과의 반응 생성물; 디펜타에리스리톨의 폴리(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 또한 상기 모노머의 수소원자의 일부 또는 전부가 불소원자로 치환되어 있는 것이어도 된다. 특히 바람직한 모노머로서는 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 트리시클로데칸디메틸올디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 트리스-(아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 이소미리스틸아크릴레이트, 히드록시피발산네오펜틸글리콜디아크릴레이트(예를 들면 니혼 카야쿠 가부시키가이샤 제품, 카야랏도: MANDA), 카프로락톤 변성 히드록시피발산에스테르네오펜틸글리콜(예를 들면 니혼 카야쿠 가부시키가이샤 제품, 카야랏도: HX-220, HX-620)을 들 수 있다.
또한 모노머의 예로서는 양이온 중합성의 화합물, 예를 들면 에폭시화합물(방향족 에폭시화합물, 지환족 에폭시화합물, 지방족 에폭시화합물), 환상 에테르화합물, 환상 락톤화합물, 환상 아세탈화합물, 환상 티오에테르화합물, 스피로오르토에스테르화합물, 비닐화합물 등을 들 수 있다.
상기 방향족 에폭시화합물의 예로서는, 적어도 1개의 방향족 환을 가지는 다가 페놀 또는 그 알킬렌옥사이드 부가물의 폴리글리시딜에테르, 예를 들면 비스페놀A, 비스페놀F 또는 이들에 또한 알킬렌옥사이드를 부가시킨 화합물의 글리시딜에테르나 에폭시노볼락수지 등을 들 수 있다.
상기 지환족 에폭시화합물의 예로서는, 적어도 1개의 지환족 환을 가지는 다가 알코올의 폴리글리시딜에테르 또는 시클로헥센, 시클로펜텐환 함유 화합물을 산화제로 에폭시화함으로써 얻어지는 시클로헥산옥사이드 구조 함유 화합물 또는 시클로펜텐옥사이드 구조 함유 화합물을 들 수 있다. 구체예로서는 수소첨가 비스페놀A 디글리시딜에테르, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트, 3,4-에폭시-1-메틸시클로헥실-3,4-에폭시-1-메틸시클로헥산카르복실레이트, 6-메틸-3,4-에폭시시클로헥실메틸-6-메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 3,4-에폭시-3-메틸시클로헥실메틸-3,4-에폭시-3-메틸시클로헥산카르복실레이트, 3,4-에폭시-5-메틸시클로헥실메틸-3,4-에폭시-5-메틸시클로헥산카르복실레이트, 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시)시클로헥산-메타디옥산, 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 비닐시클로헥센디옥사이드, 4-비닐에폭시시클로헥센, 비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, 3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실카르복실레이트, 메틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산), 디시클로펜타디엔디에폭사이드, 에틸렌글리콜디(3,4-에폭시시클로헥실메틸)에테르, 에틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트), 에폭시헥사히드로프탈산디옥틸, 에폭시헥사히드로프탈산디-2-에틸헥실 등을 들 수 있다.
상기 지방족 에폭시화합물의 예로서는, 지방족 다가 알코올 또는 그 알킬렌옥사이드 부가물의 폴리글리시딜에테르, 지방족 장쇄 다염기산의 폴리글리시딜에스테르, 글리시딜아크릴레이트 또는 글리시딜메타크릴레이트의 호모폴리머, 글리시딜아크릴레이트 또는 글리시딜메타크릴레이트의 코폴리머 등을 들 수 있다. 대표적인 화합물로서는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 글리세린의 트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판의 트리글리시딜에테르, 소르비톨의 테트라글리시딜에테르, 디펜타에리스리톨의 헥사글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜의 디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜의 디글리시딜에테르 등의 다가 알코올의 글리시딜에테르, 또한 프로필렌글리콜, 글리세린 등의 지방족 다가 알코올에 1종 또는 2종 이상의 알킬렌옥사이드를 부가함으로써 얻어지는 폴리에테르폴리올의 폴리글리시딜에테르, 지방족 장쇄 이염기산의 디글리시딜에스테르 등을 들 수 있다. 또한 지방족 고급 알코올의 모노글리시딜에테르나 페놀, 크레졸, 부틸페놀, 또한 이들에 알킬렌옥사이드를 부가함으로써 얻어지는 폴리에테르알코올의 모노글리시딜에테르, 고급 지방산의 글리시딜에스테르, 에폭시화 대두유, 에폭시스테아린산옥틸, 에폭시스테아린산부틸, 에폭시화 아마인유(epoxidized linseed oil), 에폭시화 폴리부타디엔 등을 들 수 있다.
또한, 에폭시화합물 이외의 양이온 중합성의 화합물의 구체예로서는, 트리메틸렌옥사이드, 3,3-디메틸옥세탄, 3,3-디클로로메틸옥세탄 등의 옥세탄화합물, 테트라히드로푸란, 2,3-디메틸테트라히드로푸란 등의 트리옥산, 1,3-디옥솔란, 1,3,6-트리옥사시클로옥탄 등의 환상 에테르화합물, β-프로피오락톤, ε-카프로락톤 등의 환상 락톤화합물, 에틸렌술피드, 3,3-디메틸티에탄 등의 티이란(thiiranes)화합물, 1,3-프로핀술피드, 3,3-디메틸티에탄 등의 티에탄화합물, 테 트라히드로티오펜 유도체 등의 환상 티오에테르화합물, 에폭시화합물과 락톤의 반응에 의해 얻어지는 스피로오르토에스테르화합물, 스피로오르토카보네이트화합물, 환상 카보네이트화합물, 에틸렌글리콜디비닐에테르, 알킬비닐에테르, 3,4-디히드로피란-2-메틸(3,4-디히드로피란-2-카르복실레이트), 트리에틸렌글리콜디비닐에테르 등의 비닐화합물, 스티렌, 비닐시클로헥센, 이소부틸렌, 폴리부타디엔 등의 에틸렌성 불포화 화합물 및 상기 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 투명성 고체물질인 고분자 화합물을 형성하는 올리고머의 예로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 모노머의 몇 개가 중합한 올리고머를 들 수 있다.
투명성 고체물질인 고분자 화합물을 형성하는 모노머 또는 올리고머는, 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화하는 것이 바람직하며, 그 예로서는 상기 모노머, 올리고머를 들 수 있고, 또한 종래 공지인 것도 사용할 수 있으며, 종래 공지인 모노머, 올리고머의 예로서는, 예를 들면 광경화 기술 데이터북 재료편(2000년 12월 5일 발행, 테크노네트사)에 기재되어 있는 모노머 또는 올리고머를 들 수 있다.
구체적으로는, 상기의 모노머 또는 올리고머 중에서도 각종 (메타)아크릴레이트가 바람직하게 이용된다.
투명성 고체물질은 모노머 또는 올리고머, 혹은 모노머 또는 올리고머를 함유하는 중합성 조성물(경화성 조성물)을 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화시킨 것이 바람직하다.
모노머 또는 올리고머를 중합(경화)하기 위한 중합(경화) 촉매(이하, 중합 개시제라고도 칭함)의 예로서는, 활성 에너지선 중합 개시제(자외선 중합 개시제, 광중합 개시제 등)를 들 수 있다. 활성 에너지선 중합 개시제로서는, 예를 들면 에너지선 조사(照射)를 받음으로써 라디칼 중합을 개시시키는 것이 가능해지는 화합물인 라디칼 중합 개시제, 에너지선 조사를 받음으로써 양이온 중합을 개시시키는 것이 가능해지는 양이온 중합 개시제를 들 수 있다. 이들 중합 개시제는 1종으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용된다.
에너지선 조사를 받음으로써 라디칼 중합을 개시시키는 라디칼 중합 개시제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 아세토페논계 화합물, 벤질계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티옥산톤계 화합물 등의 케톤계 화합물을 들 수 있다.
아세토페논계 화합물로서는, 예를 들면 디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-원, 4'-이소프로필-2-히드록시-2-메틸프로피오페논, 2-히드록시메틸-2-메틸프로피오페논, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-원, p-디메틸아미노아세토페논, p-tert-부틸디클로로아세토페논, p-tert-부틸트리클로로아세토페논, p-아지도벤잘아세토페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파논-1,2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인-n-부틸에테르, 벤조인이소부틸에테르 등을 들 수 있다.
벤질계 화합물로서는 벤질, 아니실 등을 들 수 있다.
벤조페논계 화합물로서는, 예를 들면 벤조페논, o-벤조일안식향산메틸, 미힐러케톤(Michler's ketone), 4,4'-비스디에틸아미노벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드 등을 들 수 있다.
티옥산톤계 화합물로서는 티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-에틸티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 2,4-디에틸티옥산톤 등을 들 수 있다.
그 외의 에너지선 감수성(感受性) 라디칼 중합 개시제로서는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 비스(시클로펜타디에닐)-비스[2,6-디플루오로-3-(필-1-일)]티타늄 등을 들 수 있다.
또한, 에너지선 조사를 받음으로써 양이온 중합을 개시시키는 것이 가능해지는 양이온 중합 개시제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 방향족 요오드늄염(aromatic iodonium salts), 방향족 술포늄염, 철-아렌착체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 페닐디아조늄헥사플루오로포스페이트, 4-메톡시페닐디아조늄헥사플루오로안티모네이트, 4-메틸페닐디아조늄헥사플루오로포스페이트 등의 아릴디아조늄염; 디페닐요오드늄헥사플루오로안티모네이트, 디(4-메틸페닐)요오드늄헥사플루오로포스페이트, 디(4-tert-부틸페닐)요오드늄헥사플루오로포스페이트, 톨릴쿠밀요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등의 디아릴요오드늄염; 트리페닐술포늄헥사플루오로안티모네이트, 트리스(4-메톡시페닐)술포늄헥사플루오로포스페이트, 디페닐-4-티오페녹시페닐술포늄헥사플루오로안티모네이트, 디페닐-4-티오페녹시페닐술포늄헥사플루오로포스페이트, 4,4'-비스(디페닐술포니오)페닐술피드-비스-헥사플루오로안티모네이트, 4,4'-비스(디페닐술포니오)페닐술피드-비스-헥사플루오로포스페이트, 4,4'-비스[디(β-히드록시에톡시)페닐술포니오]페닐술피드-비스-헥사플루오로안티모네이트, 4,4'-비스[디(β-히드록시에톡시)페닐술포니오]페닐술피드-비스-헥사플루오로포스페이트, 4-[4'-(벤조일)페닐티오]페닐-디-(4-플루오로페닐)술포늄헥사플루오로안티모네이트, 4-[4'-(벤조일)페닐티오]페닐-디-(4-플루오로페닐)술포늄헥사플루오로포스페이트, 4-(2-클로로-4-벤조일페닐티오)페닐-디-(4-플루오로페닐)술포늄헥사플루오로안티모네이트 등의 트리아릴술포늄염; (η5-2,4-시클로펜타디엔-1-일)[(1,2,3,4,5,6-η)-(1-메틸에틸)벤젠]-아이언-헥사플루오로포스페이트 등의 철-아렌착체, 트리스(아세틸아세토나토(acetylacetonato))알루미늄, 트리스(에틸아세토나토아세타토(ethylacetonatoacetato))알루미늄, 트리스(살리실알데히다토(salicylaldehydato))알루미늄 등의 알루미늄착체와 트리페닐실라놀 등의 실라놀류와의 혼합물 등을 들 수 있다.
이하, 또한 본 발명의 조광성 액정 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 조광성 액정 소자는, 전계 무인가시에는, 상기 투명성 고체물질의 굴절율과 상기 네마틱 액정재료의 굴절율의 차 등에 의해 입사광이 산란하기 때문에, 뿌연(백탁) 상태가 되고, 한편, 전계가 인가되면, 액정이 그 전장방향을 향하여 정렬하기 때문에, 투명성 고체물질의 굴절율과 네마틱 액정재료의 굴절율이 가까운 값이 되기 때문에 투명상태가 된다. 그리고, 전계를 떼면 다시 원래의 뿌연 상태가 된다.
또한, 액정재료의 굴절율 성분은 2종류이며, 하나는 이상광(異常光) 굴절율(ne)이고, 또 하나는 상광(常光) 굴절율(no)이며, 이들 두 성분으로부터 굴절율 이방성(Δn) 및 평균 굴절율(n바(n(average)))이 구해진다. 본 발명의 조광성 액정 소자에 있어서, 전압 인가전, 즉 뿌연(백탁) 상태의 탁도(濁度)(Haze)에는, 평균 굴절율이 영향을 주며, 네마틱 액정재료의 평균 굴절율과 투명성 고체물질의 굴절율의 차가 클수록 탁도(Haze)가 커져 바람직하다. 또한, 전압 인가시에는, 네마틱 액정재료의 상광 굴절율(no)과 투명성 고체물질의 굴절율(np로 함)이 가까울수록 투명도가 올라가 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 네마틱 액정재료는, 투명성 고체물질의 굴절율(np)과 가까운 상광 굴절율(no)을 가지면서, 보다 큰 이상광 굴절율(ne)을 가지는(보다 큰 Δn=보다 큰 n바) 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 조광성 액정 소자의 헤이즈값(Haze)은, 전계 무인가시(뿌연(백탁) 상태)에 60%이상이 바람직하고, 70%이상이 보다 바람직하며, 전계 인가시(투명상태)에 5%이하가 바람직하고, 1%이하가 보다 바람직하다. 전계 무인가시(뿌연(백탁) 상태)와, 전계 인가시(투명상태)의 헤이즈값의 차는, 콘트라스트의 면에서 바람직하게는 60%이상, 보다 바람직하게는 70%이상이다.
또한, 본 발명의 조광성 액정 소자의 평행광선 투과율(Tp(%))은, 전계 무인가시(뿌연(백탁) 상태)에 15%이하가 바람직하고, 10%이하가 보다 바람직하며, 전계 인가시(투명상태)에 80%이상이 바람직하고, 85%이상이 보다 바람직하다. 전계 무인가시(뿌연(백탁) 상태)와, 전계 인가시(투명상태)의 평행광선 투과율의 차는, 콘트라스트의 면에서 바람직하게는 65%이상, 보다 바람직하게는 70%이상이다.
본 발명의 조광성 액정 소자의 상기 네마틱 액정재료에 있어서, 전압 무인가시의 평행광선 투과율을 100%로 하고, 인가 전압의 증대에 수반하여 평행광선 투과율을 0%로 하며, 평행광선 투과율 th%일 때의 인가 전압을 Vth로 한다. 구체적으로는, 예를 들면 평행광선 투과율 90%가 되는 인가 전압을 V10, 평행광선 투과율 10%가 될 때의 인가 전압을 V90으로 한다. 소자화 후의 V10은 소자의 내구성을 고려하면 50V이하가 좋으며, 20V이하가 보다 바람직하다. 단, 이 값은 투명성 고체물질의 종류로 크게 변화할 수 있는 값이므로, 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조광성 액정 소자에 있어서, 상기 네마틱 액정재료는, 상기 투명성 고체물질 중에, 독립된 미세 방울상으로 분산되며, 상기 미세 방울의 평균 입경이 0.1~50㎛이다. 미세 방울의 평균 입경은 산란 효율이나 구동 전압, 저온 구동의 면에서, 바람직하게는 0.5~20㎛이며, 보다 바람직하게는 2~8㎛이다. 0.1㎛에 미치지 않으면, 입사광이 산란하기 어려워지기 때문에, 전계 무인가시에 뿌연(백탁) 상태가 충분하지 않게 되고, 50㎛를 넘으면 상기 미세 방울의 절대수의 감소 때문에 반사 효율의 감소를 초래한다.
본 발명의 조광성 액정 소자는, 촉진 내후성 시험기에 의해, 0.8㎽/㎠의 자외선(300~400㎚)을 350시간 조사한 전후의 황색도의 변화(L*a*b* 표색계에 있어서의 Δb*)가 1.5 이하인 것이 바람직하고, 1.0 이하인 것이 보다 바람직하다. 본 발명에서 말하는 황색도는 L*a*b* 표색계에 의한 b*이다. 황색도의 변화는, 촉진 내후성 시험기에 의해, 0.8㎽/㎠의 자외선(300~400㎚)을 350시간 조사한 전후의 조광성 액정 소자에 대하여, 조사 후의 황색도(b*)의 값으로부터, 조사 전의 황색도의 값을 뺀 차이며, Δb*로 나타난다.
다음으로, 본 발명의 조광성 액정 소자의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 조광성 액정 소자의 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 제조방법으로서, 투명성 고체물질로서, 중합성 조성물(경화성 조성물)을 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화시킨 것을 이용하는 경우에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 전극층을 가지는 적어도 한쪽이 투명성을 가지는 2장의 기판간에, 필수성분으로서, 상기의 네마틱 액정재료, 및 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)에 의해 경화 가능한 중합성 조성물(경화성 조성물)을 개재시킨다. 이 중합성 조성물(경화성 조성물)에는, 상기한 바와 같이, 모노머 또는 올리고머의 1종 이상이 함유되고, 그 외에 임의성분으로서 중합 촉매(중합 개시제, 경화 촉매), 연쇄 이동제, 광 증감제, 가교제, 용제(예를 들면 유기용제, 물, 수용성 용제), 합성수지 등이 함유된다.
네마틱 액정재료 및 중합성 조성물(경화성 조성물)을 기판간에 개재시킬 때에는, 양자를 혼합하고 나서 개재시키는 것이 바람직하고, 이 상태에 있어서는 양자는 균일하게 혼합하고 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 투명성을 가지는 기판을 통하여, 활성 에너지선(광, 자외선, 전자선 등)을 조사하고, 그것에 의해 중합성 조성물 중의 모노머 혹은 올리고머를 중합(경화)시킴으로써, 그 중합과정에서 액정성분을 상분리시키는 것이 바람직하다. 상분리한 네마틱 액정재료는, 중합(경화)한 투명성 고체물질 중에, 독립적으로 미세 방울상으로 분산되고 있으며, 미세 방울의 평균 입경은 0.1~50㎛이다.
본 발명의 조광성 액정 소자의 조광층의 두께는, 통상 1~100㎛ 사이에서 임의로 조정되는데, 구동 전압이나 전압 인가시의 투명성이나 투과율의 면에서 50㎛이하가 바람직하고, 5~20㎛가 보다 바람직하다.
본 발명의 조광성 액정 소자에 사용되는 기판으로서는 유리, 플라스틱 필름 등을 들 수 있고, 이들은 투명한 것이 바람직하며, 별종 혹은 동종의 것을 2장 이상 겹쳐서 사용해도 된다.
기판의 내측에는 전극층이 필요하다. 전극층의 두께는 바람직하게는 0.01~1㎛이다. 전극층은 투명 도전층인 것이 바람직하고, 투명 도전층으로서는 ITO 막이 바람직하다. 기판으로서는 ITO 막을 가지는 유리 기판이나 폴리카보네이트 등 내구성이 있는 플라스틱 막을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 조광성 액정 소자는 표시 소자(디스플레이), 홀로그래픽재료, 조광재료 등의 용도로 이용할 수 있고, 특히 건재 용도의 조광재료에 적합하다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~5 및 비교예 1~6]
이하의 배합 및 조제방법으로 조광성 액정 소자를 조제하였다. 또한, 네마틱 액정재료로서, 실시예 1~5에서는 하기 액정배합 1~5를 각각 이용하고, 비교예 1~6에서는 하기 비교배합 1~6을 이용하였다.
(배합)
라이트아크릴레이트 IM-A(교에이샤 가가쿠 가부시키가이샤 제품): 8질량부
라이트아크릴레이트 HPP-A(교에이샤 가가쿠 가부시키가이샤 제품): 20질량부
Laromer LR8987(BASF사 제품): 10질량부
Laromer LR8983(BASF사 제품): 10질량부
Darocure 1173(치바 스페셜티 케미컬즈사 제품): 2질량부
네마틱 액정재료(하기의 액정배합 1~5 및 비교배합 1~6 참조): 50질량부
(조제방법)
20㎛의 간격을 마련한 2장의 기판 사이에, 상기 배합의 혼합물을 개재시키고, UV 조사기 중에서, 0.75(㎽/㎠)×600(초)[조사량: 450(mJ/㎠)]의 조건으로 중합시켜, 조광층을 형성하여 조광성 액정 소자를 얻었다. 또한, 상기 기판은 1매의 두께가 1㎜이고, 전극층으로서 0.1㎛ 두께의 ITO 전극을 가지며, 2장 모두 투명한 것이었다.
얻어진 조광성 액정 소자의 조광층의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 바, 실시예 1~5에서는, 네마틱 액정재료는 투명성 고체물질(고분자) 중에 균일하게, 독립된 미세 방울상으로 분산되고 있으며, 미세 방울의 입경은 0.5~5㎛였다. 비교예 1~6에서는, 네마틱 액정재료는 투명성 고체물질(고분자) 중에 거의 균일하게 분산되어 있었는데, 5~50㎛의 입경이었다.
조광성 액정 소자에 이용한 네마틱 액정재료 및 얻어진 조광성 액정 소자에 대하여, 하기의 각종 특성치의 측정, 보존 안정성의 평가, 및 내광성 시험을 행하 였다.
(각종 특성치의 측정 및 보존 안정성의 평가)
조광성 액정 소자에 이용한 네마틱 액정재료에 대하여, 전이온도(NI점), 유전율 이방성(Δε), 상광 굴절율 성분(no), 이상광 굴절율 성분(ne), 그 차(Δn) 및 역치전압(threshold voltage)(V10)을 측정하였다. 또한, 얻어진 조광성 액정 소자에 대하여, 전계 무인가시(OFF: 뿌연(백탁) 상태) 및 전계 인가시(ON: 투명상태) 각각에 있어서, 헤이즈값(Haze) 및 평행광선 투과율(Tp(%))을 측정하였다.
또한, 네마틱 액정재료를 -20℃로 14일간 보존하고, 침전, 결정, 탁해짐 등이 생성된 것을 ×, 변화하지 않은 경우를 ○로서 네마틱 액정재료의 보존 안정성을 평가하였다.
이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(내광성 시험)
촉진 내후성 시험기에 의해, 조광성 액정 소자에 0.8㎽/㎠의 자외선(300~400㎚)을 350시간 조사하였다. 표 2에, 내후성 시험전(initial) 및 시험후(after UV exposure) 각각에 있어서, L*a*b* 표색계에 의한 L*, a* 및 b*를 측정하였다. 또한, 그 측정결과로부터 황색도의 변화(Δb*)를 산출하였다. 그들의 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112008020266839-pct00034
(1)
Figure 112008020266839-pct00035
(2)
Figure 112008020266839-pct00036
Figure 112008020266839-pct00037
(1)
Figure 112008020266839-pct00038
(2)
Figure 112008020266839-pct00039
Figure 112008020266839-pct00040
Figure 112008020266839-pct00041
Figure 112008020266839-pct00042
(1)
Figure 112008020266839-pct00043
(2)
Figure 112008020266839-pct00044
Figure 112008020266839-pct00045
Figure 112008020266839-pct00046
Figure 112008020266839-pct00047
Figure 112008020266839-pct00048
Figure 112008020266839-pct00049
본 발명에 의하면, 충분한 콘트라스트를 가지며, 넓은 온도범위로 구동할 수 있고, 특히 내광성(내후성)이 뛰어난 조광성 액정 소자를 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전극층을 가지는 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판과, 이들 기판의 사이에 지지된 조광층(調光層)을 가지며,
    상기 조광층이 네마틱 액정재료 및 투명성 고체물질로 이루어지고,
    상기 네마틱 액정재료가, (a)성분과 (b)성분 중 1종 이상; 및 (c)성분을 함유하며, 상기 (a)성분은 하기 일반식(Ⅰ)로 표현되는 화합물 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이고, (b)성분은 하기 일반식(Ⅱ)로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이며, (c)성분은 하기 일반식(Ⅲ)으로 표현되는 화합물 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이고,
    상기 네마틱 액정재료가, 상기 투명성 고체물질 중에 독립된 미세 방울상으로 분산되고, 상기 미세 방울의 평균 입경이 0.1~50㎛인 것을 특징으로 하는 조광성 액정 소자.
    [화학식 1]
    Figure 112012098927901-pct00050
    (식 중, R1은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A1은 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
    [화학식 2]
    Figure 112012098927901-pct00051
    (식 중, R2는 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, A2는 트랜스 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내며, X1은 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
    [화학식 3]
    Figure 112012098927901-pct00052
    (식 중, R3은 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타내고, X2는 시아노기, 에테르 결합을 가져도 되는 탄소원자수 1~10인 알킬기, 또는 탄소원자수 1~10인 알콕시기를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 네마틱 액정재료 중에, 하기 일반식(Ⅳ)로 표현되는 부분 구조를 가지는 화합물을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 조광성 액정 소자.
    [화학식 4]
    Figure 112008020266839-pct00053
    (식 중의 벤젠환은 치환기를 복수 가지고 있어도 된다)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉진 내후성 시험기에 의해, 0.8㎽/㎠의 자외선(300~400㎚)을 350시간 조사한 전후의, 황색도의 변화(L*a*b* 표색계에 있어서의 Δb*)가 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 조광성 액정 소자.
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