KR20190022696A - 광학적으로 등방성인 액정 매체 및 광 소자 - Google Patents

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제이엔씨 주식회사
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Abstract

열, 빛 등에 대한 안정성, 넓은 액정 상 온도 범위, 매우 큰 유전율 이방성을 가지며, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 액정 매체가 요구되고 있다. 또한, 넓은 온도 범위에서 사용 가능하고, 짧은 응답 시간, 큰 콘트라스트 비 및 낮은 구동 전압을 갖는 각종 광 소자가 요구되고 있다. 식 (1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는 아카이랄 성분 T와 카이랄제를 함유하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는액정 조성물. 식 (1) 및 식 (2)에 있어서, R1 및 R2는 독립적으로, 예를 들면, 알콕시알킬이고; Z11, Z12, Z21 및 Z22는 독립적으로, 예를 들면, 단결합이고; L11 ~ L13, L21 및 L22는 독립적으로, 예를 들면 불소이고; Y1, Y2는 독립적으로, 예를 들면 불소이다.
Figure pct00112

Description

광학적으로 등방성인 액정 매체 및 광 소자
본 발명은, 예를 들면 광 소자용의 재료로서 유용한 액정 화합물, 액정 조성물, 해당 액정 조성물을 사용한 광 소자 등에 관한 것이다.
액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자는, 시계, 전자식 탁상 계산기, 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전 등의 디스플레이에 널리 이용되고 있다. 이들 액정 표시 소자는 액정 화합물의 굴절률 이방성, 유전율 이방성 등을 이용한 것이다. 액정 표시 소자에 있어서의 동작 모드로는, 주로 한 장 이상의 편광판을 이용하여 표시하는 TN(twisted nematic), STN(super twisted nematic), BTN(bistable twisted nematic), ECB(electrically controlled birefringence), OCB(optically compensated bend), IPS(in-plane switching), VA(vertical alignment) 등이 알려져 있다. 나아가 최근에는 광학적으로 등방성인 액정 상에 있어서 전기장을 인가하고, 전기 복굴절을 발현시키는 모드도 연구되고 있다(특허 문헌 1 ~ 9, 비 특허 문헌 1 ~ 3).
나아가 광학적으로 등방성인 액정 상의 하나인 블루 상에 있어서의 전기 복굴절을 이용한 파장 가변 필터, 파면 제어 소자, 액정 렌즈, 수차 보정 소자, 개구 제어 소자, 광 헤드 장치 등이 제안된 바 있다(특허 문헌 7 ~ 9).
소자의 구동 방식에 기초한 분류는, PM(passive matrix)과 AM(active matrix)이다. PM(passive matrix)은 스태틱(static)과 멀티플렉스(multiplex) 등으로 분류되고, AM은 그 스위칭 소자의 종류에 따라, TFT(thin film transistor), MIM(metal insulator metal) 등으로 분류된다.
특허 문헌 1 : 국제 공개 2010/058681호 특허 문헌 2 : 국제 공개 2010/089092호 특허 문헌 3 : 국제 공개 2012/100809호 특허 문헌 4 : 미국 출원 공개 20130135544호 특허 문헌 5 : 국제 공개 2013/156113호 특허 문헌 6 : 국제 공개 2014/097952호 특허 문헌 7 : 일본 특허 공개 2005-157109호 특허 문헌 8 : 국제 공개 2005/80529호 특허 문헌 9 : 일본 특허 공개 2006-127707호
비 특허 문헌 1 : Nature Materials, 1, 64, (2002) 비 특허 문헌 2 : Adv. Mater., 17, 96, (2005) 비 특허 문헌 3 : Journal of the SID, 14, 551, (2006)
상기 상황 하, 열, 빛 등에 대한 안정성, 넓은 액정 상 온도 범위, 매우 큰 유전율 이방성을 가지며, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 액정 매체가 요구되고 있다. 또한, 넓은 온도 범위에서 사용 가능하고, 짧은 응답 시간, 큰 콘트라스트 비 및 낮은 구동 전압을 갖는 각종 광 소자가 요구되고 있다.
본 발명은, 예를 들면, 이하와 같은 액정 화합물, 액정 매체(액정 조성물, 고분자/액정 복합 재료 등), 중합성 모노머와 액정 조성물의 혼합물, 액정 매체 등을 함유하는 광 소자 등을 제공한다.
본 발명은, 이하와 같은 화합물, 액정 매체(액정 조성물 또는 고분자/액정 복합 재료) 및 액정 매체를 함유하는 광 소자 등을 제공한다.
[1] 식 (1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는 아카이랄(achiral, 아키랄) 성분 T와 카이랄제(키랄제)를 함유하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 액정 조성물.
Figure pct00001
식 (1) 및 식 (2)에 있어서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일(알케닐), 탄소 수 2 내지 12의 알킨일(알키닐), 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, R1 및 R2 중 적어도 하나는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z11, Z12, Z21 및 Z22는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z11 및 Z12 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z21 및 Z22 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L11 ∼ L13, L21 및 L22는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y1, Y2는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[2] [1]에 있어서,
액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (1)로 표시되는 화합물의 비율이 5 중량% 내지 65 중량%의 범위이고, 식 (2)로 표시되는 화합물의 비율이 25 중량% 내지 90 중량%의 범위인, 액정 조성물.
[3] [1] 또는 [2]에 있어서,
제1 성분으로서 식 (1')로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 제2 성분으로서 식 (2')로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 제3 성분으로서 식 (3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00002
식 (1'), 식 (2') 및 식 (3)에 있어서, R11 및 R21은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; R31은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; R32는 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌(알케닐렌) 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌(알키닐렌)이고; Z13, Z14, Z23, Z24, Z31 및 Z32는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z13 및 Z14 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z23 및 Z24 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z31 및 Z32 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L14 ∼ L16, L23, L24, L31 및 L32는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y11, Y21 및 Y31는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[4] [3]에 있어서,
액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (1')로 표시되는 화합물의 비율이 5 중량% 내지 65 중량%의 범위이고, 식 (2')로 표시되는 화합물의 비율이 15 중량% 내지 80 중량%의 범위이고, 식 (3)으로 표시되는 화합물의 비율이 2 중량% 내지 40 중량%의 범위인, 액정 조성물.
[5] [3] 또는 [4]에 있어서,
제1 성분으로서, 식 (1'-1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (1'-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00003
식 (1'-1) 및 식 (1'-2)에 있어서, R12 및 R13은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; L101 ∼ L105 및 L106은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y12 및 Y13은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[6] [5]에 있어서,
제1 성분으로서, 식 (1'-1-1) 내지 식 (1'-1-3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 식 (1'-2-1) 내지 식 (1'-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00004
이들 식에 있어서, R12 및 R13은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이다.
[7] [3] 내지 [6] 중 어느 한 항에 있어서,
제2 성분으로서, 식 (2'-1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (2'-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00005
식 (2'-1) 및 식 (2'-2)에 있어서, R22 및 R23은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; L201 ∼ L203 및 L204는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y22 및 Y23은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[8] [7]에 있어서,
제2 성분으로서, 식 (2'-1-1) 내지 식 (2'-1-3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 식 (2'-2-1) 내지 식 (2'-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00006
이들 식에 있어서, R22 및 R23은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이다.
[9] [3] 내지 [8] 중 어느 한 항에 있어서,
제3 성분으로서, 식 (3-1), 식 (3-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00007
식 (3-1) 및 식 (3-2) 중의 R33 및 R35는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고, O 원자는 서로 직접 연결하지 않고; R34 및 R36은 독립적으로 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌이고; L301 ∼ L303 및 L304는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y32 및 Y33은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[10] [9]에 있어서,
제3 성분으로서, 식 (3-1-1) 내지 식 (3-1-3), 식 (3-2-1) 내지 식 (3-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00008
이들 식에 있어서, R33 및 R35는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고, O 원자는 서로 직접 연결하지 않고; R34 및 R36은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일렌이다.
[11] [1] 내지 [10] 중 어느 한 항에 있어서,
식 (4) 및 식 (5)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00009
식 (4) 및 식 (5)에 있어서, R4 및 R5는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고, 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z41, Z42, Z51 및 Z52는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z41 및 Z42 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z51 및 Z52 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L41 ∼ L43, L51 및 L52는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y41, Y51은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[12] [11]에 있어서,
액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (4) 및 식 (5)로 표시되는 화합물의 비율이 1 중량% 내지 25 중량%의 범위인, 액정 조성물.
[13] [11] 또는 [12]에 있어서,
식 (4-1), 식 (4-2), 식 (5-1) 및 식 (5-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00010
식 (4-1), 식 (4-2), 식 (5-1) 및 식 (5-2)에 있어서, R41, R42, R51 및 R52는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; L401 ∼ L406, L501 ∼ L503 및 L504는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y42, Y43, Y52 및 Y53은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[14] [13]에 있어서,
식 (4-1-1) 내지 식 (4-1-3), 식 (4-2-1) 내지 식 (4-2-6), 식 (5-1-1) 내지 식 (5-1-3), 식 (5-2-1) 내지 식 (5-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00011
Figure pct00012
이들 식에 있어서, R41, R42, R51 및 R52는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
[15] [1] 내지 [14] 중 어느 한 항에 있어서,
식 (6) 및 식 (7)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00013
식 (6) 및 식 (7)에 있어서, R6 및 R7은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z61, Z62, Z71 및 Z72는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z61 및 Z62 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z71 및 Z72 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L61 ∼ L65, L71 ∼ L73 및 L74는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y61 및 Y71는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[16] [15]에 있어서,
액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (6) 및 식 (7)로 표시되는 화합물의 비율이 0.1 중량% 내지 20 중량%의 범위인, 액정 조성물.
[17] [15] 또는 [16]에 있어서,
식 (6-1), 식 (6-2), 식 (7-1) 및 식 (7-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00014
식 (6-1), 식 (6-2), 식 (7-1) 및 식 (7-2)에 있어서, R61, R62, R71 및 R72는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; L601 ∼ L610, L701 ∼ L707 및 L708은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y62, Y63, Y72 및 Y73은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[18] [17]에 있어서,
식 (6-1-1) 내지 식 (6-1-6), 식 (6-2-1) 내지 식 (6-2-6), 식 (7-1-1) 내지 식 (7-1-6), 식 (7-2-1) 내지 식 (7-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
이들 식에 있어서, R61, R62, R71 및 R72는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
[19] [1] 내지 [18] 중 어느 한 항에 있어서,
식 (8)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00018
식 (8)에 있어서, R8은, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; 환 A8은, 1,4-사이클로(시클로)헥셀렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-다이(디)플루오로-1,4-페닐렌, 피리딘-2,5-다이일, 피리미딘-2,5-다이일, 1,3-다이옥세인-2,5-다이일 또는 테트라하이드로피란-2,5-다이일이고; Z81 및 Z82는 독립적으로, 단결합, -COO-, -CH2CH2-, -CH2O- 및 -CF2O-이고; L81, L82 및 L83은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y8은, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
[20] [19]에 있어서,
액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (8)로 표시되는 화합물의 비율이 0.1 중량% 내지 15 중량%의 범위인, 액정 조성물.
[21] [19] 또는 [20]에 있어서,
식 (8-1) 내지 식 (8-11)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
Figure pct00019
Figure pct00020
이들 식에 있어서, R8은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
[22] [1] 내지 [21] 중 어느 한 항에 있어서,
카이랄제가, 식 (K1) ~ (K6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인, 액정 조성물.
Figure pct00021
(상기 식 중, RK는 각각 독립적으로, 수소, 할로젠(할로겐), -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소 수 1 ~ 20의 알킬이고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-, -COO- 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 수소는 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고;
A는 각각 독립적으로, 방향족성의 6 ~ 8원환, 비방향족성의 3 ~ 8원환 또는, 탄소 수 9 이상의 축합 환이고, 이들 환의 적어도 하나의 수소는 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환될 수도 있고, 환의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환될 수도 있고, -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고;
B는 각각 독립적으로, 수소, 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬, 탄소 수 1 ~ 3의 할로알킬, 방향족성의 6 ~ 8원환, 비방향족성의 3 ~ 8원환 또는, 탄소 수 9 이상의 축합 환이고, 이들 환의 적어도 하나의 수소가 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환될 수도 있고, -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고;
Z는 각각 독립적으로, 단결합, 탄소 수 1 ~ 8의 알킬렌이고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N- 또는 -N=CH-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 수소는 할로젠으로 치환될 수도 있고;
X는 각각 독립적으로, 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -CH2CH2-이고;
mK는 각각 독립적으로, 1 ~ 4의 정수이다.)
[23] [1] 내지 [22] 중 어느 한 항에 있어서,
-20℃ ~ 70℃의 어느 온도에 있어서 카이랄 네마틱 상을 나타내고, 이 온도 범위의 적어도 일부에 있어서 나선 피치가 700 nm 이하인, 액정 조성물.
[24] [1] 내지 [23] 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물과, 중합성 모노머를 포함하는 혼합물.
[25] [24]에 기재된 혼합물을 중합하여 얻어지는, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 소자에 사용되는 고분자/액정 복합 재료.
[26] 한쪽 또는 양쪽의 기판에 전극이 배치되고, 기판 사이에 배치된 액정 매체 및 전극을 통하여 액정 매체에 전계를 인가하는 전계 인가 수단을 구비한 소자로서, 액정 매체가 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 청구항 25에 기재된 고분자/액정 복합 재료인 광 소자.
[27] [1] 내지 [23] 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 청구항 25에 기재된 고분자/액정 복합 재료의 광 소자에 대한 사용.
본 명세서에 있어서, "액정 화합물"이란 메소젠(메소겐)을 갖는 화합물을 나타내며, 액정 상을 발현하는 화합물에 한정되지 않는다. 구체적으로는, 네마틱 상, 스멕틱 상 등의 액정 상을 발현하는 화합물 및 액정 상을 갖지 않으나 액정 조성물의 성분으로서 유용한 화합물의 총칭이다.
"액정 매체"란, 액정 조성물 및 고분자/액정 복합체의 총칭이다.
"아카이랄 성분"이란 아카이랄한(비카이랄성의) 메소젠 화합물로서, 광학 활성 화합물 및 중합성 작용기를 갖는 화합물을 포함하지 않는 성분이다. 따라서, "아카이랄 성분"에는, 카이랄제, 모노머, 중합 개시제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 경화제, 안정제 등은 포함되지 않는다.
"카이랄제"는, 광학 활성 화합물이고, 액정 조성물에 원하는 비틀린 분자 배열을 부여하기 위하여 첨가하는 성분이다.
"액정 표시 소자"는, 액정 표시 패널 및 액정 표시 모듈의 총칭이다.
또한, "광 소자"란, 전기 광학 효과를 이용하여, 광 변조나 광 스위칭 등의 기능을 나타내는 각종 소자를 가리키며, 예를 들면, 표시 소자(액정 표시 소자), 광 통신 시스템, 광 정보 처리나 다양한 센서 시스템에 사용되는 광 변조 소자를 들 수 있다. 광학적으로 등방성인 액정 매체에 대한 전압 인가에 의한 굴절률의 변화를 이용한 광 변조에 대해서는, 커(curr) 효과가 알려져 있다. 커 효과란 전기 복굴절 값 Δn(E)이 전기장 E의 제곱에 비례하는 현상이고, 커 효과를 나타내는 재료에서는 Δn(E)=KλE2가 성립된다(K: 커 계수(커 상수), λ: 파장). 여기서, 전기 복굴절 값이란, 등방성 매체에 전계를 인가했을 때 유기되는 굴절률 이방성 값이다.
"액정 화합물", "액정 조성물", "액정 표시 소자"를 각각 "화합물", "조성물", "소자"라고 약칭할 수 있다.
또한, 예를 들면 액정 상의 상한 온도는 액정 상-등방 상의 상 전이 온도이고, 그리고 단순히 투명점 또는 상한 온도라고 약칭할 수 있다. 액정 상의 하한 온도를 단순히 하한 온도라고 약칭할 수 있다. 식 (1)로 표시되는 화합물을 화합물 1이라고 약칭할 수 있다. 이 약기는 식 (2)등으로 표시되는 화합물에도 적용할 수 있다. 식 (8)에 있어서, 육각형으로 에워싼 A8 등의 기호는 각각 환 A8 등에 대응한다. 백분율로 나타낸 화합물의 양은 조성물의 전체 중량에 기초한 중량 백분율(중량%)이다. 환 A 및 Z 등 복수 개의 동일한 기호를 동일한 식 또는 서로 다른 식에 기재하였으나, 이들은 각각이 동일할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다.
본 명세서 중, 알킬로는, 직쇄(直鎖)일 수도 분기쇄(分岐鎖)일 수도 있고, 알킬의 구체적인 예는, -CH3, -C2H5, -C3H7, -C4H9, -C5H11, -C6H13, -C7H15, -C8H17, -C9H19, -C10H21, -C11H23 및 -C12H25이다.
본 명세서 중, 알콕시로는, 직쇄일 수도 분기쇄일 수도 있고, 알콕시의 구체적인 예는, -OCH3, -OC2H5, -OC3H7, -OC4H9, -OC5H11, -OC6H13 및 -OC7H15, -OC8H17, -OC9H19, -OC10H21 및 -OC11H23이다.
본 명세서 중, 알킬렌으로는, 직쇄일 수도 분기쇄일 수도 있고, 알킬렌의 구체적인 예는, -CH2-, -C2H4-, -C3H6-, -C4H8-, -C5H10-, -C6H12-, -C7H14-, -C8H16-, -C9H18-, -C10H20-, -C11H22- 및 -C12H24-를 들 수 있다
본 명세서 중, 알콕시알킬로는, 직쇄일 수도 분지쇄(分枝鎖)일 수도 있고, 알콕시알킬의 구체적인 예는, -CH2OCH3, -CH2OC2H5, -CH2OC3H7, -CH2OC4H9, -CH2OC5H11, -(CH2)2-OCH3, -(CH2)2-OC2H5, -(CH2)2-OC3H7, -(CH2)3-OCH3, -(CH2)4-OCH3 및 -(CH2)5-OCH3이다.
본 명세서 중, 알켄일로는, 직쇄일 수도 분지쇄일 수도 있고, 알켄일의 구체적인 예는, -CH=CH2, -CH=CHCH3, -CH2CH=CH2, -CH=CHC2H5, -CH2CH=CHCH3, -(CH2)2-CH=CH2, -CH=CHC3H7, -CH2CH=CHC2H5, -(CH2)2-CH=CHCH3 및 -(CH2)3-CH=CH2이다.
본 명세서 중, -CH=CH-의 바람직한 입체 배치는, 이중 결합의 위치에 의존한다. -CH=CHCH3, -CH=CHC2H5, -CH=CHC3H7, -CH=CHC4H9, -C2H4CH=CHCH3 및 -C2H4CH=CHC2H5와 같은 홀수 위치에 이중 결합을 갖는 알켄일에 있어서는 트랜스(trans) 배치가 바람직하다. -CH2CH=CHCH3, -CH2CH=CHC2H5 및 -CH2CH=CHC3H7와 같은 짝수 위치에 이중 결합을 갖는 알켄일에 있어서는 시스(cis) 배치가 바람직하다. 바람직한 입체 배치를 갖는 알켄일 화합물은, 높은 상한 온도 또는 액정 상의 넓은 온도 범위를 갖는다. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109 및 Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327에 상세한 설명이 있다. 또한, 알켄일기의 위치는 벤젠 환과 공액(共役)을 만들지 않는 위치가 바람직하다.
본 명세서 중, 알켄일렌으로는, 직쇄일 수도 분기쇄일 수도 있고, 알켄일렌의 구체적인 예는, -CH=CH-, -CH=CHCH2-, -CH2CH=CH-, -CH=CHC2H4-, -CH2CH=CHCH2-, -(CH2)2-CH=CH-, -CH=CHC3H6-, -CH2CH=CHC2H4-, -(CH2)2-CH=CHCH2- 및 -(CH2)3-CH=CH-이다.
본 명세서 중, 알켄일옥시로는, 직쇄일 수도 분지쇄일 수도 있고, 알켄일옥시의 구체적인 예는, -OCH2CH=CH2, -OCH2CH=CHCH3 및 -OCH2CH=CHC2H5이다.
본 명세서 중, 알킨일로는, 직쇄일 수도 분기쇄일 수도 있고, 알킨일의 구체적인 예는, -C≡CH, -C≡CCH3, -CH2C≡CH, -C≡CC2H5, -CH2C≡CCH3, -(CH2)2-C≡CH, -C≡CC3H7, -CH2C≡CC2H5, -(CH2)2-C≡CCH3 및 -C≡C(CH2)5이다.
본 명세서 중, 알킨일렌으로는, 직쇄일 수도 분기쇄일 수도 있고, 알킨일렌의 구체적인 예는, -C≡C-, -C≡CCH2-, -CH2C≡C-, -C≡CC2H4-, -CH2C≡CCH2-, -(CH2)2-C≡C-, -C≡CC3H6-, -CH2C≡CC2H4-, -(CH2)2-C≡CCH2- 및 -C≡C(CH2)4-이다.
본 명세서 중, 할로젠의 구체적인 예는, 불소, 염소, 브로민(bromine) 및 아이오딘(iodine, 요오드)이다.
본 명세서 중, R1은 식 (CHN-1) ~ (CHN-4)로 표시되는 구조가 바람직하다. 보다 바람직하게는 식 (CHN-1) 또는 (CHN-2)이다.
Figure pct00022
(상기 식 중, R1a는 수소 또는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.)
본 명세서 중, R2, R11, R21, R12, R13, R22, R23, R4, R5, R41, R42, R51, R52, R6, R7, R61, R62, R71, R72 및 R8도 R1과 동일하다.
본 발명의 바람직한 화합물은 액정성을 나타내고, 비교적 높은 투명점, 넓은 네마틱 상 온도 범위, 큰 유전율 이방성을 갖는다.
본 발명의 바람직한 액정 조성물 및 고분자/액정 복합 재료 등은, 열, 빛 등에 대한 안정성, 광학적으로 등방성인 액정 상의 높은 상한 온도와 낮은 하한 온도를 나타내고, 큰 유전율 이방성을 갖는다. 또한, 본 발명의 바람직한 태양의 고분자/액정 복합 재료는, 광학적으로 등방성인 액정 상의 높은 상한 온도, 낮은 하한 온도를 나타내고, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동시키는 광 소자에 있어서 낮은 구동 전압을 갖는다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양의 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 광 소자는, 폭넓은 온도 범위에서 사용 가능하고, 저전압 구동이 가능하며, 고속의 전기 광학 응답이 가능하고, 큰 콘트라스트 비를 갖는다.
도 1은 실시예에서 사용한 콤(comb)형 전극 기판을 나타낸다.
도 2는 실시예에서 사용한 광학계를 나타낸다.
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 상을 갖는 액정 조성물은, 아카이랄 성분 T와 카이랄제를 함유하고, 아카이랄 성분 T는, 적어도 하나의 화합물 (1) 및 적어도 하나의 화합물 (2)를 함유한다. 화합물 (1) 및 화합물 (2)로 이루어지는 군에서 선택된 화합물의 적어도 하나는 알콕시알킬을 갖는 화합물이다. 바람직한 아카이랄 성분 T는, 적어도 하나의 화합물 (1'), 적어도 하나의 화합물 (2') 및 적어도 하나의 화합물 (3)을 함유한다. 본 발명의 액정 조성물의 태양은, 화합물 (1) 및 화합물 (2)와 본 명세서 중에서 특별히 성분명을 나타내지 않은 그 밖의 성분을 함유하는 조성물이다. 보다 바람직한 태양은, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)과 본 명세서 중에서 특별히 성분명을 나타내지 않은 그 밖의 성분을 함유하는 조성물이다. 먼저, 화합물 (1) 및 화합물 (2)에 대하여 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 액정 조성물은 상기 성분 외에, 용매, 모노머, 중합 개시제, 경화제, 안정제(산화 방지제, 자외선 흡수제 등) 등을 더 함유할 수도 있다.
1-1 화합물 (1) 및 화합물 (2)
Figure pct00023
화합물 (1) 및 화합물 (2)에 있어서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, R1 및 R2의 적어도 하나는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
Z11, Z12, Z21 및 Z22는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z11 및 Z12 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z21 및 Z22 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이되, 바람직하게는 적어도 하나가 -CF2O-인 것이다.
L11 ~ L13, L21 및 L22는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L11이 수소, L12 및 L13이 불소인 것, L12가 불소, L11 및 L13이 수소인 것, L21이 수소 및 L22가 불소인 것, L21이 불소 및 L22가 수소인 것이다.
Y1, Y2는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
1-2 화합물 (1) 및 화합물 (2)의 성질
화합물 (1) 및 화합물 (2)는, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 투명점이 높고, 다른 화합물과의 상용성(相溶性)이 비교적 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (1) 및 화합물 (2)를 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다.
화합물 (1)은, 비교적 큰 유전율 이방성과 큰 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물의 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다. 화합물 (2)는, 매우 큰 유전율 이방성과 중간 정도의 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물의 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다. 또한, 이 화합물 (2)는, 다른 화합물과의 상용성이 양호하다.
1-3 액정 조성물
본 발명의 액정 조성물은, 화합물 (1) 및 화합물 (2)를 함유하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 조성물이다. 또한, 광학적으로 등방성인 액정 조성물은 화합물을 포함하는 아카이랄 성분 T 외에, 카이랄제를 포함하며, 추가로, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 안정제 등을 포함할 수도 있다.
아카이랄 성분 T는, 적어도 하나의 화합물 (1) 및 적어도 하나의 화합물 (2)로 이루어지는 경우도, 두 개 이상의 화합물 (1) 또는 화합물 (2)를 함유하는 경우도 포함한다. 나아가, 아카이랄 성분은, 필요에 따라 화합물 (4) 내지 화합물 (8)에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수도 있다. 화합물 (1) 및 화합물 (2)는 액정 화합물이다.
화합물 (1) 및 화합물 (2)는 비교적 높은 투명점, 큰 유전율 이방성, 비교적 양호한 저온에서의 상용성을 모두 갖기 때문에, 화합물 (1) 및 화합물 (2)를 사용한 아카이랄 성분 T도, 넓은 액정 상 온도 범위 또는 큰 유전율 이방성을 발현한다. 이 때문에, 아카이랄 성분 T를 사용한 광학적으로 등방성인 액정 조성물도, 광 소자에 사용할 조성물로서 유용하다.
아카이랄 성분 T의 전체 중량에 대하여, 화합물 (1)을 총 5 중량% ~ 65 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 10 중량% ~ 60 중량% 함유하는 것이 더 바람직하며, 15 중량% ~ 55 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다. 화합물 (2)를 총 25 중량% ~ 90 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 35 중량% ~ 85 중량% 함유하는 것이 더 바람직하며, 45 중량% ~ 80 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
2-1-1 화합물 (1') 및 화합물 (2')
Figure pct00024
화합물 (1') 및 화합물 (2')에 있어서, R11 및 R21은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고, O 원자는 서로 직접 연결하지 않는다. 바람직하게는 R11 및 R21는 독립적으로, 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
Z13, Z14, Z23 및 Z24는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z13 및 Z14 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z23 및 Z24 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, 바람직하게는 적어도 하나가 -CF2O-인 것이다.
L14 ~ L16, L23 및 L24는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L14가 수소, L15 및 L16이 불소인 것, L15가 불소, L14 및 L16이 수소인 것, L23이 수소, L24가 불소인 것 및 L23이 불소, L24가 수소인 것이다.
Y11 및 Y21은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
제1 성분인 화합물 (1')로서, 화합물 (1'-1) 또는 화합물 (1'-2)가 바람직하다.
Figure pct00025
화합물 (1'-1) 및 화합물 (1'-2)에 있어서, R12 및 R13은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
L101 ~ L105 및 L106은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L101이 수소, L102 및 L103이 불소인 것 및 L104 및 L106이 수소, L105가 불소인 것이다.
Y12 및 Y13은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (1'-1)에 있어서, 화합물 (1'-1-1) ~ 화합물 (1'-1-3)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (1'-1-1) 또는 화합물 (1'-1-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다.
화합물 (1'-2)에 있어서, 화합물 (1'-2-1) ~ 화합물 (1'-2-6)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (1'-2-1)을 사용하는 것이 더 바람직하다.
Figure pct00026
(식 중, R12, R13의 정의는 화합물 (1'-1) 및 화합물 (1'-2)와 동일하다)
2-1-2 화합물 (1')의 성질
화합물 (1')는, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 비교적 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (1')를 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (1')는, 비교적 큰 유전율 이방성과 큰 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물의 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다.
제2 성분인 화합물 (2')로서, 화합물 (2'-1) 또는 화합물 (2'-2)가 바람직하다.
Figure pct00027
화합물 (2'-1) 및 화합물 (2'-2)에 있어서, R22 및 R23은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
L201 ~ L203 및 L204는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L201이 수소, L202가 불소인 것 및 L203이 불소, L204가 수소인 것이다.
Y22 및 Y23은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (2'-1)에 있어서, 화합물 (2'-1-1) ~ 화합물 (2'-1-3)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (2'-1-1) 또는 화합물 (2'-1-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다.
화합물 (2'-2)에 있어서, 화합물 (2'-2-1) ~ 화합물 (2'-2-6)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (2'-2-1)을 사용하는 것이 더 바람직하다.
Figure pct00028
(식 중, R22, R23의 정의는 화합물 (2'-1) 및 화합물 (2'-2)와 동일하다)
2-2-1 화합물 (2')의 성질
화합물 (2')는, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (2')를 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (2')는, 큰 유전율 이방성과 중간 정도의 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물의 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다.
2-3-1 화합물 (3)
Figure pct00029
화합물 (3)에 있어서, R31은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일이고; R32는 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌이다. 바람직한 R31은 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이고, 더 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 5의 알킬이고, 바람직한 R32는 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌이고, 더 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 3의 알킬렌이다.
L31 및 L32는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L31이 수소, L32가 불소인 것 및 L31이 불소, L32가 수소인 것이다.
Z31 및 Z32는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z31 및 Z32 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, 바람직하게는 적어도 하나가 -CF2O-인 것이다.
Y31은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다
화합물 (3)에 있어서, 화합물 (3-1) 또는 화합물 (3-2)가 바람직하다.
Figure pct00030
화합물 (3-1) 및 화합물 (3-2)에 있어서, R33 및 R35는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일이고; R34 및 R36는 독립적으로 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일렌이되, 바람직한 R33 및 R35는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이고, 더 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 5의 알킬이고, 바람직한 R34 및 R36은 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌이고, 더 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 3의 알킬렌이다.
L301 ~ L303 및 L304는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 , L301이 수소, L302가 불소인 것 및 L303이 불소, L304가 수소인 것이다.
Y32 및 Y33은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (3-1)에 있어서, 화합물 (3-1-1) ~ 화합물 (3-1-3)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (3-1-1) 또는 화합물 (3-1-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다.
화합물 (3-2)에 있어서, 화합물 (3-2-1) ~ 화합물 (3-2-6)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (3-2-1) 또는 화합물 (3-2-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다.
Figure pct00031
(식 중, R33 ~ R36의 정의는 화합물 (3-1) 및 화합물 (3-2)와 동일하다)
2-3-2 화합물 (3)의 성질
화합물 (3)은, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (3)을 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (3)은, 매우 큰 유전율 이방성과 중간 정도의 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물의 구동 전압을 크게 내리기 위한 성분으로서 유용하다.
2-3-3 액정 조성물
본 발명의 액정 조성물은, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)을 함유하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 조성물이다. 또한, 광학적으로 등방성인 액정 조성물은 화합물을 포함하는 아카이랄 성분 T 외에, 카이랄제를 포함하고, 추가로 산화 방지제, 자외선 흡수제, 안정제 등을 포함할 수도 있다.
아카이랄 성분 T는, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)을 포함하는 것이 바람직하고, 화합물 (1'-1), 화합물 (1'-2), 화합물 (2'-1), 화합물 (2'-2) 및 화합물 (3-1) 또는 화합물 (1'-1), 화합물 (1'-2), 화합물 (2'-1), 화합물 (2'-2) 및 화합물 (3-2)를 포함하는 것이 더 바람직하다. 또한 요구되는 성질에 따라 화합물 (4) 내지 화합물 (8)을 포함할 수 있다. 화합물 (1) 내지 화합물 (8)은 액정 화합물이다.
화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)은 비교적 높은 투명점, 큰 유전율 이방성, 비교적 양호한 저온에서의 상용성을 모두 갖기 때문에, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)을 사용한 아카이랄 성분 T도, 넓은 액정 상 온도 범위 또는 큰 유전율 이방성을 발현한다. 이 때문에, 아카이랄 성분 T를 사용한 광학적으로 등방성인 액정 조성물도, 광 소자에 사용할 조성물로서 유용하다.
아카이랄 성분 T의 전체 중량에 대하여, 화합물 (1')를 총 5 중량% ~ 65 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 10 중량% ~ 60 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 15 중량% ~ 55 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하고, 화합물 (2')를 총 15 중량% ~ 80 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 25 중량% ~ 80 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 30 중량% ~ 70 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다. 화합물 (3)을 총 2 중량% ~ 40 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 5 중량% ~ 35 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 5 중량% ~ 25 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
2-4-1 화합물 (4) 및 화합물 (5)
본 발명의 아카이랄 성분은, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (4) 및 화합물 (5)를 적어도 하나 포함할 수도 있다. 즉, 본 발명은, 아카이랄 성분 T에 있어서, 화합물 (4) 및 화합물 (5)가 하나의 화합물로 이루어지는 경우도, 복수 개의 화합물을 함유하는 경우도 포함한다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 액정 조성물은 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (4) 및 화합물 (5) 외에, 화합물 (6), 화합물 (7) 및 화합물 (8)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수도 있다.
Figure pct00032
화합물 (4) 및 화합물 (5)에 있어서, R4 및 R5는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
Z41, Z42, Z51 및 Z52는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z41 및 Z42 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z51 및 Z52 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이다.
L41 ~ L43, L51 및 L52는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L41 및 L43이 수소, L42가 불소인 것, L41이 수소, L42 및 L43이 불소인 것, L51이 불소, L52가 수소인 것 및 L51 및 L52가 불소인 것이다.
Y41, Y51은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (4)로서, 화합물 (4-1) 또는 화합물 (4-2)가 바람직하고, 화합물 (5)로서, 화합물 (5-1) 또는 화합물 (5-2)가 바람직하다.
Figure pct00033
화합물 (4-1), 화합물 (4-2), 화합물 (5-1) 및 화합물 (5-2)에 있어서, R41, R42, R51 및 R52는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
L401 ~ L406, L501 ~ L503 및 L504는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L404 및 L406이 수소, L405가 불소인 것, L404가 수소, L405 및 L406이 불소인 것, L503이 불소, L504가 수소인 것 및 L503 및 L504가 불소인 것이다.
Y42, Y43, Y52 및 Y53은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (4-1) 또는 화합물 (4-2)로서, 화합물 (4-1-1) ~ 화합물 (4-1-3) 또는 화합물 (4-2-1) ~ 화합물 (4-2-6)이 바람직하고, 화합물 (4-2-1) 또는 화합물 (4-2-4)가 더 바람직하다.
화합물 (5-1) 또는 화합물 (5-2)로서, 화합물 (5-1-1) ~ 화합물 (5-1-3) 또는 화합물 (5-2-1) ~ 화합물 (5-2-6)이 바람직하고, 화합물 (5-2-1) 또는 화합물 (5-2-4)가 더 바람직하다.
Figure pct00034
Figure pct00035
(식 중 R41, R42, R51, R52의 정의는 화합물 (4-1), 화합물 (4-2), 화합물 (5-1) 및 화합물 (5-2)와 동일하다)
아카이랄 성분 T의 전체 중량에 대하여, 화합물 (4)를 총 1 중량% ~ 25 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 5 중량% ~ 25 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 5 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하고, 화합물 (5)를 총 1 중량% ~ 25 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 5 중량% ~ 25 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 5 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
2-4-2 화합물 (4)의 성질
화합물 (4)는, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 비교적 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (4)를 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (4)는, 상대적으로 작은 유전율 이방성과 큰 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물에서 유전율을 작게 억제하면서 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다.
2-5-1 화합물 (5)의 성질
화합물 (5)는, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 비교적 좋다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (5)를 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (5)는, 상대적으로 작은 유전율 이방성과 중간 정도의 굴절률 이방성을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물에서 유전율을 작게 억제하면서 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다.
2-6-1 화합물 (6) 및 화합물 (7)
본 발명의 아카이랄 성분은, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (6) 및 화합물 (7)을 적어도 하나 포함할 수도 있다. 즉, 본 발명은, 아카이랄 성분 T에 있어서, 화합물 (6) 및 화합물 (7)이 하나의 화합물로 이루어지는 경우도, 복수 개의 화합물을 함유하는 경우도 포함한다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 액정 조성물은 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (6) 및 화합물 (7) 외에, 화합물 (4), 화합물 (5) 및 화합물 (8)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수도 있다.
Figure pct00036
화합물 (6) 및 화합물 (7)에 있어서, R6 및 R7은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
Z61, Z62, Z71 및 Z72는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z61 및 Z62 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z71 및 Z72 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이다.
L61 ~ L65, L71 ~ L73 및 L74는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L61, L62 및 L63이 수소, L64 및 L65가 불소인 것, L61, L62, L63 및 L65가 불소, L64가 수소인 것, L71이 수소, L72, L73 및 L74는 불소인 것, L71 및 L73이 수소, L72 및 L74가 불소인 것이다.
Y61 및 Y71는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (6)으로서, 화합물 (6-1) 또는 화합물 (6-2)이 바람직하고, 화합물 (7)로서, 화합물 (7-1) 또는 화합물 (7-2)이 바람직하다.
Figure pct00037
화합물 (6-1), 화합물 (6-2), 화합물 (7-1) 및 화합물 (7-2)에 있어서, R61, R62, R71 및 R72는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
L601 ~ L610, L701 ~ L707 및 L708은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L601, L602 및 L603이 수소, L604 및 L605가 불소인 것, L606, L607, L608 및 L610이 불소, L609가 수소인 것, L701이 수소, L702, L703 및 L704는 불소인 것, L705 및 L707이 수소, L706 및 L707이 불소인 것이다.
Y62, Y63, Y72 및 Y73은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (6)으로서, 화합물 (6-1) 또는 화합물 (6-2)를 사용하는 경우에 있어서 화합물 (6-1-1) ~ 화합물 (6-1-6) 또는 화합물 (6-2-1) ~ 화합물 (6-2-6)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (6-1-1), 화합물 (6-1-2), 화합물 (6-2-1) 또는 화합물 (6-2-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다. 화합물 (7)로서, 화합물 (7-1) 또는 화합물 (7-2)를 사용하는 경우에 있어서, 화합물 (7-1-1) ~ 화합물 (7-1-6), 화합물 (7-2-1) ~ 화합물 (7-2-6)을 사용하는 것이 바람직하고, 화합물 (7-1-1), 화합물 (7-1-2), 화합물 (7-2-1) 또는 화합물 (7-2-2)를 사용하는 것이 더 바람직하다.
Figure pct00038
Figure pct00039
Figure pct00040
Figure pct00041
(식 중 R61, R62, R71, R72의 정의는 화합물 (6-1), 화합물 (6-2), 화합물 (7-1) 또는 화합물 (7-2)와 동일하다)
아카이랄 성분 T의 전체 중량에 대하여, 화합물 (6)을 총 0.1 중량% ~ 20 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 0.5 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 0.5 중량% ~ 10 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하고, 화합물 (7)을 총 0.1 중량% ~ 20 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 0.5 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 0.5 중량% ~ 10 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
2-6-2 화합물 (6)의 성질
화합물 (6)은, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 화합물 (6)은, 비교적 큰 유전율 이방성, 큰 굴절률 이방성 및 매우 높은 투명점을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물에서 구동 온도의 범위의 상한을 높게 하는 성분으로서 유용하다.
2-7-1 화합물 (7)의 성질
화합물 (7)은, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 화합물 (7)은, 비교적 큰 유전율 이방성, 중간 정도의 굴절률 이방성 및 매우 높은 투명점을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물에서 구동 온도의 범위의 상한을 높게 하는 성분으로서 유용하다.
2-8-1 화합물 (8)
본 발명의 아카이랄 성분은, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (8)을 적어도 하나 포함할 수도 있다. 즉, 본 발명은, 아카이랄 성분 T에 있어서, 화합물 (8)이 하나의 화합물로 이루어지는 경우도, 복수 개의 화합물을 함유하는 경우도 포함한다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 액정 조성물은 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)에 더하여, 추가로 화합물 (8) 외에, 화합물 (4) ~ 화합물 (7)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수도 있다.
Figure pct00042
화합물 (8)에 있어서, R8은, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, 바람직하게는 탄소 수 1 ~ 12의 알킬이다.
환 A8은, 1,4-사이클로(시클로)헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-다이(디)플루오로-1,4-페닐렌, 피리딘-2,5-다이일(디일), 피리미딘-2,5-다이일, 1,3-다이옥세인(디옥산)-2,5-다이일 또는 테트라하이드로(히드로)피란-2,5-다이일이되, 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-다이플루오로-1,4-페닐렌, 1,3-다이옥세인-2,5-다이일이다.
Z81 및 Z82는 독립적으로, 단결합, -COO-, -CH2CH2-, -CH2O- 또는 -CF2O-이되, 바람직하게는 모두 단결합이거나 적어도 하나가 -CF2O-이고, 다른 액정 화합물과의 상용성이 중시되는 경우에는, 적어도 하나가 -CF2O-이다.
L81, L82 및 L83은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이되, 바람직하게는 L83이 불소인 것이다.
Y8은, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이되, 바람직하게는 불소, -CF3 또는 -OCF3이다.
화합물 (8)로서, 화합물 (8-1) ~ 화합물 (8-11)이 바람직하다.
Figure pct00043
Figure pct00044
(식 중 R8의 정의는 화합물 (8)과 동일하다)
아카이랄 성분 T의 전체 중량에 대하여, 화합물 (8)을 총 0.1 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 0.5 중량% ~ 15 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 0.5 중량% ~ 10 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
2-8-2 화합물 (8)의 성질
화합물 (8)은, 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 물리적 및 화학적으로 매우 안정적이고, 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상 사용되는 조건 하에서 안정적이다. 따라서, 액정 조성물에 있어서 화합물 (8)을 사용하면, 액정 상의 온도 범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도 범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 화합물 (8)은, 비교적 큰 유전율 이방성 및 폭넓은 범위의 굴절률 이방성을 나타내는 화합물을 갖기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 액정 조성물에서 각 물성값을 조정하는 성분으로서 유용하다.
3 광학적 등방성 액정 조성물
본 발명의 액정 조성물은, 아카이랄 성분 T와 카이랄제를 포함하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 조성물의 태양을 포함한다(광학적 등방성 액정 조성물).
3-1 아카이랄 성분 T
본 발명의 광학적 등방성 액정 조성물에 포함되는 아카이랄 성분 T는 적어도 하나의 화합물 (1'), 적어도 하나의 화합물 (2'), 적어도 하나의 화합물 (3)을 포함하고, 필요에 따라 화합물 (4) ~ 화합물 (8)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다.
화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)은 비교적 높은 투명점, 큰 유전율 이방성, 비교적 양호한 저온에서의 상용성을 모두 갖기 때문에, 화합물 (1'), 화합물 (2') 및 화합물 (3)을 사용한 아카이랄 성분 T도, 넓은 액정 상 온도 범위 또는 큰 유전율 이방성을 발현한다. 이 때문에, 아카이랄 성분 T를 사용한 광학적으로 등방성인 액정 조성물도, 광 소자에 사용할 조성물로서 유용하다.
3-2 카이랄제
본 발명의 광학적 등방성 액정 조성물 등이 함유하는 카이랄제는 광학 활성 화합물로서, 라디칼 중합성 기를 갖지 않는 화합물에서 선택된 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 조성물에 사용되는 카이랄제로는, 비틀림력(Helical Twisting Power)이 큰 화합물이 바람직하다. 비틀림력이 큰 화합물은 원하는 피치를 얻기 위하여 필요한 첨가량을 적게 할 수 있으므로, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있고, 실용상 유리하다. 구체적으로는, 식 (K1) ~ (K6)으로 표시되는 화합물이 바람직하다. 덧붙여, 식 (K4) ~ (K6)은, 바이나프틸기, 옥타하이드로나프틸기가 광학 활성 부위이고, 또한, 카이랄제의 장성(掌性, Chirality)은 문제삼지 않는다.
Figure pct00045
이들 화합물 중에서도, 액정 조성물에 첨가되는 카이랄제로는, 식 (K4)에 포함되는 식 (K4-1) ~ 식 (K4-6), 식 (K5)에 포함되는 식 (K5-1) ~ 식 (K5-3) 및 식 (K6)에 포함되는 식 (K6-1) ~ 식 (K6-6)이 바람직하고, 식 (K4-5), 식 (K5-1) ~ 식 (K5-3) 및 식 (K6-5) ~ 식 (K6-6)이 더 바람직하다.
Figure pct00046
Figure pct00047
(식 중, RK는 독립적으로, 탄소 수 3 ~ 10의 알킬 또는 탄소 수 3 ~ 10의 알콕시이고, 알킬 중 또는 알콕시 중의 적어도 하나 이상의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-로 치환될 수도 있다.)
액정 조성물에 함유되는 카이랄제로서 하나의 화합물을 사용할 수도, 복수 개의 화합물을 사용할 수도 있다.
광학적으로 등방성인 액정 상의 발현을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 액정 조성물의 전체 중량에 대하여, 카이랄제를 1 ~ 40 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 3 ~ 25 중량% 함유하는 것이 더 바람직하고, 3 ~ 15 중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
3-3 광학적으로 등방성인 액정 상
본 명세서에 있어서, 액정 조성물이 광학적으로 등방성을 갖는다란, 거시적으로는 액정 분자 배열은 등방적이기 때문에 광학적으로 등방성을 나타내되, 미시적으로는 액정 질서가 존재하는 것을 의미한다. "액정 조성물이 미시적으로 갖는 액정 질서에 기초한 피치(이하에서는, 단순히 "피치"라고 칭할 수 있음)"는 700 nm 이하인 것이 바람직하고, 500 nm 이하인 것이 더 바람직하고, 350 nm 이하인 것이 가장 바람직하다.
본 명세서에 있어서, "비액정 등방 상"이란 일반적으로 정의되는 등방 상, 즉, 무질서 상이고, 국소적인 질서 파라미터가 제로가 아닌 영역이 생성되었다고 해도, 그 원인이 흔들림에 의한 것인 등방 상이다. 예를 들면 네마틱 상의 고온 측에 발현되는 등방 상은, 본 명세서에서는 비액정 등방 상에 해당한다. 본 명세서에 있어서의 카이랄한 액정에 대해서도, 동일한 정의가 딱 들어맞는 것으로 한다.
본 명세서에 있어서 "광학적으로 등방성인 액정 상"이란, 흔들림이 아니라 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 상을 나타내고, 플레이트릿(platelet; 작은판) 조직을 발현하는 상(좁은 의미의 블루 상)은 그 일례이다.
본 명세서에 있어서, 특별히 언급이 없으면, 네마틱 상은 카이랄 네마틱 상을 포함하지 않는, 좁은 의미의 네마틱 상을 의미한다.
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물에 있어서, 광학적으로 등방성인 액정 상인데, 편광 현미경 관찰 하, 블루 상에 전형적인 플레이트릿 조직이 관측되지 않을 수 있다. 따라서 본 명세서에 있어서, 플레이트릿 조직을 발현하는 상을 블루 상이라 칭하고, 블루 상을 포함하는 광학적으로 등방성인 액정 상을 광학적으로 등방성인 액정 상이라고 칭한다. 즉 블루 상은 광학적으로 등방성인 액정 상에 포함된다.
일반적으로, 블루 상은, 블루 상 I, 블루 상 II, 블루 상 III의 세 종류로 분류되고, 이들 세 종류의 블루 상은 모두 광학 활성이고, 또한 등방성이다. 블루 상 I이나 블루 상 II의 블루 상에서는 서로 다른 격자면으로부터의 블랙 반사에 기인하는 두 종류 이상의 회절광이 관측된다. 블루 상은 일반적으로 비액정 등방 상과 카이랄 네마틱 상 사이에서 관측된다.
광학적으로 등방성인 액정 상이 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 상태란, 블루 상 I, 블루 상 II에 관측되는 플레이트릿 조직이 관측되지 않고, 대략 일면 단색인 것을 의미한다. 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 광학적으로 등방성인 액정 상에서는, 색의 명암이 면 내에서 균일한 것까지는 불필요하다.
2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 광학적으로 등방성인 액정 상은, 블랙 반사에 의한 반사 광 강도가 억제되거나 혹은 저파장 측으로 시프트한다는 이점이 있다.
또한, 가시 광의 광을 반사하는 액정 매체에서는, 표시 소자로서 이용하는 경우에 색감이 문제가 될 수 있으나, 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 액정 상에서는, 반사 파장이 저파장 시프트하기 때문에, 좁은 의미의 블루 상(플레이트릿 조직을 발현하는 상)보다 긴 피치로 가시 광의 반사를 소실시킬 수 있다.
아카이랄 성분 T와 카이랄제를 포함하는 본 발명의 액정 조성물에 있어서, 카이랄제는 바람직하게는 피치가 700 nm 이하가 되는 농도로 첨가된다. 덧붙여, 네마틱 상을 발현하는 조성물은, 화합물 (1'), 화합물 (2'), 화합물 (3) 및 필요에 따라 그 밖의 성분을 포함한다.
또한, 본 발명의 광학적 등방성 액정 조성물은, 카이랄네마틱 상을 가지며 광학적으로 등방성인 액정 상을 갖지 않는 조성물에 카이랄제를 첨가하여 얻을 수도 있다. 덧붙여, 카이랄 네마틱 상을 가지며 광학적으로 등방성인 액정을 갖지 않는 조성물은, 화합물 (1'), 화합물 (2'), 화합물 (3), 광학 활성 화합물 및 필요에 따라 그 밖의 성분을 포함한다. 이 때, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현시키지 않기 위하여, 바람직하게는 피치가 700 nm 이상이 되는 농도로 카이랄제가 첨가된다. 여기서 첨가되는 것은, 전술한 비틀림력이 큰 화합물인 식 (K1) ~ (K5)를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는, 식 (K2-1) ~ (K2-8), 식 (K4-1) ~ (K4-6), 식 (K5-1) ~ (K5-3) 또는 식 (K6-1) ~ (K6-6)으로 표시되는 화합물이 사용된다.
본 발명의 바람직한 태양의 액정 조성물이 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 온도 범위는, 네마틱 상 또는 카이랄 네마틱 상과 등방 상의 공존 온도 범위가 넓은 액정 조성물에, 카이랄제를 첨가하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현시킴으로써 넓게 할 수 있다. 예를 들면, 투명점이 높은 액정 화합물과 투명점이 낮은 액정 화합물을 혼합하고, 넓은 온도 범위에서 네마틱 상과 등방 상의 공존 온도 범위가 넓은 액정 조성물을 조제하고, 여기에 카이랄제를 첨가함으로써, 넓은 온도 범위에서 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 조성물을 조제할 수 있다.
네마틱 상 또는 카이랄 네마틱 상과 등방 상의 공존 온도 범위가 넓은 액정 조성물로는, 카이랄 네마틱 상과 비액정 등방 상이 공존하는 상한 온도와 하한 온도 간의 차이가 3 ~ 150℃인 액정 조성물이 바람직하고, 차이가 5 ~ 150℃인 액정 조성물이 더 바람직하다. 또한, 네마틱 상과 비액정 등방 상이 공존하는 상한 온도와 하한 온도 간의 차이가 3 ~ 150℃인 액정 조성물이 바람직하다.
광학적으로 등방성인 액정 상에 있어서 본 발명의 액정 매체에 전계를 인가하면, 전기 복굴절이 생기는데, 반드시 커 효과일 필요는 없다.
광학적으로 등방성인 액정 상에 있어서의 전기 복굴절은 피치가 길어질수록 커지므로, 그 밖의 광학 특성(투과율, 회절 파장 등)의 요구를 충족시키는 한, 카이랄제의 종류와 함유량을 조정하여, 피치를 길게 설정함으로써, 전기 복굴절을 크게 할 수 있다.
3-4 그 밖의 성분
본 발명의 액정 조성물은, 그 조성물의 특성에 큰 영향을 주지 않는 범위에서, 추가로, 용매, 모노머, 고분자 물질, 중합 개시제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 경화제, 안정제, 2색성 색소, 포토크로믹 화합물 등을 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 액정 조성물에 사용되는 2색성 색소의 예로는, 메로시아닌계, 스타이릴계, 아조계, 아조메타인계, 아족시계, 퀴노프탈론계, 안트라퀴논계, 테트라진계 등을 들 수 있다.
4 광학적으로 등방성인 고분자/액정 복합 재료
4-1 고분자/액정 복합 재료
본 발명의 고분자/액정 복합 재료는, 액정 조성물과 고분자를 포함하는 복합 재료로서, 광학적으로 등방성을 나타내는 것이고, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 광 소자에 사용할 수 있다. 본 발명의 고분자/액정 복합 재료에 포함되는 액정 조성물은 본 발명의 액정 조성물이다.
본 명세서 중, "고분자/액정 복합 재료"란, 액정 조성물과 고분자의 화합물을 둘 모두 포함하는 복합 재료이면 특별히 한정되지 않으나, 고분자의 일부 또는 전부가 액정 조성물이나 용매 등에 용해되지 않은 상태에서 고분자가 액정 조성물과 상 분리되어 있는 상태일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 태양에 따른 광학적으로 등방성인 고분자/액정 복합 재료는, 광학적으로 등방성인 액정 상을 넓은 온도 범위에서 발현시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 바람직한 태양에 따른 고분자/액정 복합 재료는, 응답 속도가 매우 빠르다. 또한, 본 발명의 바람직한 태양에 따른 고분자/액정 복합 재료는, 이들 효과에 기초하여 표시 소자 등의 광 소자 등에 매우 적당하게 사용할 수 있다.
4-2 고분자 화합물
본 발명의 복합 재료는, 광학적으로 등방성인 액정 조성물과, 미리 중합되어 얻어진 고분자를 혼합하여도 제조할 수 있지만, 고분자의 재료가 될 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머 등(이하, 총칭하여 "모노머 등"이라고 함)과 액정 조성물 CLC를 혼합하고나서, 해당 혼합물에 있어서 중합 반응을 행함으로써 제조되는 것이 바람직하다. 모노머 등과 액정 조성물을 포함하는 혼합물을 이건 명세서에서는 "중합성 모노머/액정 혼합물"이라고 칭한다. "중합성 모노머/액정 혼합물"에는 필요에 따라, 후술하는 중합 개시제, 경화제, 촉매, 안정제, 2색성 색소 또는 포토크로믹 화합물 등을, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 포함할 수도 있다. 예를 들면, 본건 발명의 중합성 모노머/액정 혼합물에는 필요에 따라, 중합 개시제를 중합성 모노머 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부 함유할 수도 있다. "중합성 모노머/액정 혼합물"은, 블루 상에서 중합하는 경우에는 액정 매체인 것이 필수가 되지만, 등방 상에서 중합하는 경우에는, 반드시 액정 매체일 필요는 없다.
중합 온도는, 고분자/액정 복합 재료가 고투명성과 등방성을 나타내는 온도인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 모노머와 액정 재료의 혼합물이 등방 상 또는 블루 상을 발현하는 온도에서, 또한 등방 상 내지는 광학적으로 등방성인 액정 상에서 중합을 종료한다. 즉, 중합 후에는 고분자/액정 복합 재료가 가시 광선보다 장파장측의 광을 실질적으로 산란시키지 않고 또한 광학적으로 등방성인 상태를 발현하는 온도로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자의 원료로는, 예를 들면 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머를 사용할 수 있고, 본 명세서에 있어서 고분자의 원료 모노머란 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머 등을 포함하는 의미로 사용한다. 또한, 얻어지는 고분자가 3차원 가교 구조를 갖는 것이 바람직하고, 그 때문에, 고분자의 원료 모노머로서 두 개 이상의 중합성 작용기(관능기, functional group)를 갖는 다작용성(다관능성) 모노머를 사용하는 것이 바람직하다. 중합성의 작용기는 특별히 한정되지 않으나, 아크릴기, 메타크릴기, 글리시딜기, 에폭시기, 옥세탄일기, 바이닐기 등을 들 수 있다, 중합 속도의 관점에서 아크릴기 및 메타크릴기가 바람직하다. 고분자의 원료 모노머 중, 두 개 이상의 중합성이 있는 작용기를 갖는 모노머를 모노머 중에 10 중량% 이상 함유시키면, 본 발명의 복합 재료에 있어서 고도의 투명성과 등방성을 발현하기가 쉬워지므로 바람직하다.
또한, 매우 적당한 복합 재료를 얻기 위해서는, 고분자는 메소젠 부위를 갖는 것이 바람직하고, 고분자의 원료 모노머로서 메소젠 부위를 갖는 원료 모노머를 그 일부에, 혹은 전부에 사용할 수 있다.
4-2-1 메소젠 부위를 갖는 단작용성·2작용성 모노머·3작용성 모노머
메소젠 부위를 갖는 단작용성 또는 2작용성 모노머는 구조 상 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 하기의 식 (M1) 또는 식 (M2)로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Ra-Y-(AM-ZM)m1-AM-Y-Rb(M1)
Rb-Y-(AM-ZM)m1-AM-Y-Rb(M2)
식 (M1) 중, Ra는, 수소, 할로젠, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소 수 1 ~ 20의 알킬이고, 이들 알킬에 있어서 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-, -CO-, -COO- 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 이 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 알킬기 중, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-가 -O-, -S-, -COO- 또는 -OCO-로 치환된 기 중 또는 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-가 -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환된 기 중의 적어도 하나의 수소는 할로젠 또는 -C≡N으로 치환될 수도 있다. Rb는, 각각 독립적으로, 식 (M3-1) ~ 식 (M3-7)의 중합성 기이다.
Figure pct00048
바람직한 Ra는, 수소, 할로젠, -C≡N, -CF3, -CF2H, -CFH2, -OCF3, -OCF2H, 탄소 수 1 ~ 20의 알킬, 탄소 수 1 ~ 19의 알콕시, 탄소 수 2 ~ 21의 알켄일 및 탄소 수 2 ~ 21의 알킨일이다. 특히 바람직한 Ra는, -C≡N, 탄소 수 1 ~ 20의 알킬 및 탄소 수 1 ~ 19의 알콕시이다.
식 (M2) 중, Rb는, 각각 독립적으로, 식 (M3-1) ~ (M3-7)의 중합성 기이다.
여기서, 식 (M3-1) ~ (M3-7)에 있어서의 Rd는, 각각 독립적으로 수소, 할로젠 또는 탄소 수 1 ~ 5의 알킬이고, 이들 알킬에 있어서 적어도 하나의 수소는 할로젠으로 치환될 수도 있다. 바람직한 Rd는, 수소, 할로젠 및 메틸이다. 특히 바람직한 Rd는, 수소, 불소 및 메틸이다.
또한, 식 (M3-2), 식 (M3-3), 식 (M3-4), 식 (M3-7)은 라디칼 중합으로 중합하는 것이 매우 적당하다. 식 (M3-1), 식 (M3-5), 식 (M3-6)은 카티온 중합으로 중합하는 것이 매우 적당하다. 모두 소량의 라디칼 혹은 카티온 활성종이 반응계 내에 발생하면 중합은 시작한다. 활성종의 발생을 가속할 목적으로 중합 개시제를 사용할 수 있다. 활성종의 발생에는 예를 들면 빛 또는 열을 사용할 수 있다.
식 (M1) 및 (M2) 중, AM은, 각각 독립적으로 방향족성 또는 비방향족성의 5원환, 6원환 또는 탄소 수 9 이상의 축합 환이되, 환 중의 -CH2-는 -O-, -S-, -NH- 또는 -NCH3-으로, 환 중의 -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고, 환 상의 수소 원자는 할로젠 및 탄소 수 1 ~ 5의 알킬 또는 할로젠화 알킬으로 치환될 수도 있다. 바람직한 AM의 구체적인 예는, 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 플루오렌-2,7-다이일 또는 바이사이클로[2.2.2]옥테인-1,4-다이일이고, 이들 환에 있어서 적어도 하나의 -CH2-는 -O-로 치환될 수도 있고, 적어도 하나의 -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고, 이들 환에 있어서 적어도 하나의 수소는 할로젠, 탄소 수 1 ~ 5의 알킬 또는 탄소 수 1 ~ 5의 할로젠화 알킬로 치환될 수도 있다.
화합물의 안정성을 고려하여, 산소와 산소가 인접한 -CH2-O-O-CH2-보다, 산소와 산소가 인접하지 않는 -CH2-O-CH2-O- 쪽이 바람직하다. 황에 있어서도 마찬가지이다.
이들 중에서도, 특히 바람직한 AM은, 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-다이플루오로-1,4-페닐렌, 2,5-다이플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-다이플루오로-1,4-페닐렌, 2-메틸-1,4-페닐렌, 2-트라이플루오로메틸-1,4-페닐렌, 2,3-비스(트라이플루오로메틸)-1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 플루오렌-2,7-다이일, 9-메틸플루오렌-2,7-다이일, 1,3-다이옥세인-2,5-다이일, 피리딘-2,5-다이일 및 피리미딘-2,5-다이일이다. 덧붙여, 상기 1,4-사이클로헥실렌 및 1,3-다이옥세인-2,5-다이일의 입체 배치는 시스보다 트랜스 쪽이 바람직하다.
2-플루오로-1,4-페닐렌은, 3-플루오로-1,4-페닐렌과 구조적으로 동일하므로, 후자는 예시하지 않았다. 이 규칙은, 2,5-다이플루오로-1,4-페닐렌과 3,6-다이플루오로-1,4-페닐렌의 관계 등에도 적용된다.
식 (M1) 및 (M2) 중, Y는, 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소 수 1 ~ 20의 알킬렌이고, 이들 알킬렌에 있어서 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-로 치환될 수도 있고, 이 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 -OCO-로 치환될 수도 있다. 바람직한 Y는, 단결합, -(CH2)m2-, -O(CH2)m2- 및 -(CH2)m2O-(상기 식 중, m2는 1 ~ 20의 정수임)이다. 특히 바람직한 Y는, 단결합, -(CH2)m2-, -O(CH2)m2- 및 -(CH2)m2O-(상기 식 중, m2는 1 ~ 10의 정수임)이다. 화합물의 안정성을 고려하여, -Y-Ra 및 -Y-Rb는, 그들 기 중에 -O-O-, -O-S-, -S-O- 또는 -S-S-를 갖지 않는 것이 바람직하다.
식 (M1) 및 (M2) 중, ZM은, 각각 독립적으로 단결합, -(CH2)m3-, -O(CH2)m3-, -(CH2)m3O-, -O(CH2)m3O-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -OCO-, -(CF2)2-, -(CH2)2-COO-, -OCO-(CH2)2-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C-COO-, -OCO-C≡C-, -CH=CH-(CH2)2-, -(CH2)2-CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-CH=CH-, -CH=CH-C≡C-, -OCF2-(CH2)2-, -(CH2)2-CF2O-, -OCF2- 또는 -CF2O-(상기 식 중, m3은 1 ~ 20의 정수임)이다.
바람직한 ZM은 단결합, -(CH2)m3-, -O(CH2)m3-, -(CH2)m3O-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -OCO-, -(CH2)2-COO-, -OCO-(CH2)2-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -OCF2- 및 -CF2O-이다.
식 (M1) 및 (M2) 중, m1은 1 ~ 6의 정수이다. 바람직한 m1은, 1 ~ 3의 정수이다. m1이 1일 때에는, 6원환 등의 환을 두 개 갖는 2환의 화합물이다. m1이 2와 3일 때에는, 각각 3환과 4환의 화합물이다. 예를 들면 m1이 1일 때, 두 개의 AM은 동일할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다. 또한, 예를 들면 m1이 2일 때, 세 개의 AM(또는 두 개의 ZM)은 동일할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다. m1이 3 ~ 6일 때에 대해서도 마찬가지이다. Ra, Rb, Rd, ZM, AM 및 Y에 대해서도 마찬가지이다.
식 (M1)로 표시되는 화합물 (M1) 및 식 (M2)로 표시되는 화합물 (M2)는 2H(중수소), 13C 등의 동위체를 천연 존재비의 양보다 많이 포함하고 있어도 동일한 특성을 가지므로 바람직하게 사용할 수 있다.
화합물 (M1) 및 화합물 (M2)의 더 바람직한 예는, 식 (M1-1) ~ (M1-41) 및 식 (M2-1) ~ (M2-27)로 표시되는 화합물 (M1-1) ~ (M1-41) 및 화합물 (M2-1) ~ (M2-27)이다. 이들 화합물에 있어서, Ra, Rb, Rd, ZM, AM 및 Y의 정의는, 본 발명의 태양에 기재한 식 (M1) 및 식 (M2)의 그들과 동일하다.
화합물 (M1-1) ~ (M1-41) 및 (M2-1) ~ (M2-27)에 있어서의 하기의 부분 구조에 대하여 설명하기로 한다. 부분 구조 (a1)은, 적어도 하나의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조 (a2)는, 적어도 하나의 수소가 불소로 치환될 수도 있는 1,4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조 (a3)은, 적어도 하나의 수소가 불소 또는 메틸의 어느 하나로 치환될 수도 있는 1,4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조 (a4)는, 9 위치(位)의 수소가 메틸로 치환될 수도 있는 플루오렌을 나타낸다.
Figure pct00049
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
Figure pct00053
Figure pct00054
Figure pct00055
Figure pct00056
전술한 메소젠 부위를 갖지 않는 모노머 및 메소젠 부위를 갖는 모노머 (M1) 및 (M2) 이외의 중합성 화합물을 필요에 따라 사용할 수 있다.
본 발명의 고분자/액정 복합 재료의 광학적으로 등방성을 최적화할 목적으로, 메소젠 부위를 가지며 세 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 모노머를 사용할 수도 있다. 메소젠 부위를 가지며 세 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 모노머로는 공지의 화합물을 매우 적당하게 사용할 수 있는데, 예를 들면, (M4-1) ~ (M4-3)이고, 보다 구체적인 예로서, 일본 특허 공개 2000-327632호(JP 2000-327632A), 일본 특허 공개 2004-182949호(JP 2004-182949A), 일본 특허 공개 2004-59772호(JP 2004-59772A)에 기재된 화합물을 들 수 있다. 단, (M4-1) ~ (M4-3)에 있어서, Rb, ZM, Y 및 (F)는 전술과 동일한 정의를 나타낸다.
Figure pct00057
4-2-2 메소젠 부위를 갖지 않는 중합성 작용기를 갖는 모노머
메소젠 부위를 갖지 않는 중합성 작용기를 갖는 모노머로서, 예를 들면, 탄소 수 1 ~ 30의 직쇄 혹은 분기쇄의 아크릴레이트, 탄소 수 1 ~ 30의 직쇄 혹은 분기쇄의 다이아크릴레이트, 세 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 모노머로는, 글리세롤·프로폭실레이트(1PO/OH)트라이아크릴레이트, 펜타에리스리톨·프로폭실레이트·트라이아크릴레이트, 펜타에리스리톨·트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인·에톡실레이트·트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인·프로폭실레이트·트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인·트라이아크릴레이트, 다이(트라이메틸올프로페인)테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨·테트라아크릴레이트, 다이(펜타에리스리톨)펜타아크릴레이트, 다이(펜타에리스리톨)헥사아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인·트라이아크릴레이트 등을 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
4-2-3 중합 개시제
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자의 제조에 있어서의 중합 반응은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 광 라디칼 중합, 열 라디칼 중합, 광 카티온 중합 등이 행해진다.
광 라디칼 중합에 있어서 사용할 수 있는 광 라디칼 중합 개시제의 예는, 다로큐어(DAROCUR)1173 및 4265(모두 상품명, BASF 재팬(주)), 이가큐어(IRGACURE)184, 369, 500, 651, 784, 819, 907, 1300, 1700, 1800, 1850 및 2959(모두 상품명, BASF 재팬(주))이다.
열 라디칼 중합에 있어서 사용할 수 있는 열에 의한 라디칼 중합의 바람직한 개시제의 예는, 과산화 벤조일, 다이아이소(이소)프로필퍼옥시다이카보네이트, t-뷰틸(부틸)퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-뷰틸퍼옥시피발레이트, t-뷰틸퍼옥시다이아이소뷰틸레이트, 과산화 라우로일, 2,2'-아조비스아이소뷰티르산(butyric acid) 다이메틸(MAIB), 다이 t-뷰틸퍼옥사이드(DTBPO), 아조비스아이소뷰티로나이트릴(AIBN), 아조비스사이클로헥세인카보나이트릴(ACN)이다.
광 카티온 중합에 있어서 사용할 수 있는 광 카티온 중합 개시제의 예는, 다이아릴아이오도늄(요드늄)(이하, "DAS"라고 함.) 및 트라이아릴설포늄(술포늄)염(이하, "TAS"라고 함.)이다.
DAS의 예는, 다이페닐아이오도늄테트라플루오로보레이트, 다이페닐아이오도늄헥사플루오로포스포네이트, 다이페닐아이오도늄헥사플루오로아세테네이트, 다이페닐아이오도늄트라이플루오로메테인설포네이트, 다이페닐아이오도늄트라이플루오로아세테이트, 다이페닐아이오도늄-p-톨루엔설포네이트, 다이페닐아이오도늄테트라(펜타플루오로페닐)보레이트, 4-메톡시페닐페닐아이오도늄테트라플루오로보레이트, 4-메톡시페닐페닐아이오도늄헥사플루오로포스포네이트, 4-메톡시페닐페닐아이오도늄헥사플루오로아세테네이트, 4-메톡시페닐페닐아이오도늄트라이플루오로메테인설포네이트, 4-메톡시페닐페닐아이오도늄트라이플루오로아세테이트 및 4-메톡시페닐페닐아이오도늄-p-톨루엔설포나아트이다.
DAS에는, 싸이오잔톤(티오크산톤), 페노싸이아진(티아진), 클로로싸이오잔톤, 잔톤(Xanthone), 안트라센, 다이페닐안트라센, 루브렌 등의 광 증감제를 첨가함으로써 고감도화할 수도 있다.
TAS의 예는, 트라이페닐설포늄테트라플루오로보레이트, 트라이페닐설포늄헥사플루오로포스포네이트, 트라이페닐설포늄헥사플루오로아세테네이트, 트라이페닐설포늄트라이플루오로메테인(메탄)설포나아트, 트라이페닐설포늄트라이플루오로아세테이트, 트라이페닐설포늄-p-톨루엔설포네이트, 트라이페닐설포늄테트라(펜타플루오로페닐)보레이트, 4-메톡시페닐다이페닐설포늄테트라플루오로보레이트, 4-메톡시페닐다이페닐설포늄헥사플루오로포스포네이트, 4-메톡시페닐다이페닐설포늄헥사플루오로아세테네이트, 4-메톡시페닐다이페닐설포늄트라이플루오로메테인설포나아트, 4-메톡시페닐다이페닐설포늄트라이플루오로아세테이트 및 4-메톡시페닐다이페닐설포늄-p-톨루엔설포네이트이다.
광 카티온 중합 개시제의 구체적인 상품명의 예는, 사이라큐어(Cyracure) UVI-6990, 사이라큐어 UVI-6974, 사이라큐어 UVI-6992(각각 상품명, UCC(주)), 아데카 옵토머 SP-150, SP-152, SP-170, SP-172(각각 상품명, (주)ADEKA), Rhodorsil Photoinitiator 2074(상품명, 로디아 재팬(주)), 이가큐어(IRGACURE) 250(상품명, BASF 재팬(주)) 및 UV-9380C(상품명, GE 도시바 실리콘(주))이다.
4-2-4 경화제 등
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자의 제조에 있어서, 상기 모노머 등 및 중합 개시제 외에 추가로 하나 또는 두 개 이상의 다른 매우 적당한 성분, 예를 들면, 경화제, 촉매, 안정제 등을 가할 수도 있다.
경화제로는, 통상, 에폭시 수지의 경화제로서 사용되고 있는 종래 공지의 잠재성 경화제를 사용할 수 있다. 잠재성 에폭시 수지용 경화제의 예는, 아민계 경화제, 노볼락 수지계 경화제, 이미다졸계 경화제, 산 무수물계 경화제 등이다. 아민계 경화제의 예는, 다이에틸렌트라이아민, 트라이에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, m-자일렌(크실렌)다이아민, 트라이메틸헥사메틸렌다이아민, 2-메틸펜타메틸렌다이아민, 다이에틸아미노프로필아민 등의 지방족 폴리아민, 아이소포론(이소포론)다이아민, 1,3-비스아미노메틸사이클로헥세인(헥산), 비스(4-아미노사이클로헥실)메테인, 노보넨다이아민, 1,2-다이아미노사이클로헥세인, 라로민(Laromin) 등의 지환식 폴리아민, 다이아미노다이페닐메테인, 다이아미노다이페닐에테인(에탄), 메타페닐렌다이아민 등의 방향족 폴리아민이다.
노볼락 수지계 경화제의 예는, 페놀노볼락 수지, 비스페놀노볼락 수지이다. 이미다졸계 경화제의 예는, 2-메틸이미다졸, 2-에틸헥실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨·트라이멜리테이트(mellitate)이다.
산 무수물계 경화제의 예는, 테트라하이드로무수프탈산, 헥사하이드로무수프탈산, 메틸테트라하이드로무수프탈산, 메틸헥사하이드로무수프탈산, 메틸사이클로헥센테트라카복실산2무수물, 무수프탈산, 무수트라이멜리트산, 무수파이로멜리트산, 벤조페논테트라카복실산2무수물이다.
또한, 글리시딜기, 에폭시기, 옥세탄일(옥세타닐)기를 갖는 중합성 화합물과 경화제 간의 경화 반응을 촉진하기 위한 경화 촉진제를 추가로 사용할 수도 있다. 경화 촉진제의 예는, 벤질다이메틸아민, 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀, 다이메틸사이클로헥실아민 등의 3급 아민류, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸류, 트라이페닐포스핀 등의 유기 인계 화합물, 테트라페닐포스포늄브로마이드 등의 4급 포스포늄염류, 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데센-7 등이나 그 유기산염 등의 다이아자바이사이클로알켄류, 테트라에틸암모늄브로마이드, 테트라뷰틸암모늄브로마이드 등의 4급 암모늄염류, 3불화 붕소, 트라이페닐보레이트 등의 붕소 화합물이다. 이들 경화 촉진제는 단독 또는 복수 개를 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 예를 들면 저장 중의 바람직하지 않은 중합을 방지하기 위하여, 안정제를 첨가하는 것이 바람직하다. 안정제로서, 당업자에게 알려져 있는 모든 화합물을 사용할 수 있다. 안정제의 대표적인 예로는, 4-에톡시페놀, 하이드로퀴논, 뷰틸화 하이드록시톨루엔(BHT) 등을 들 수 있다.
4-3 고분자/액정 복합 재료의 조성
본 발명의 고분자/액정 복합 재료 중에 있어서의 액정 조성물의 함유율은, 복합 재료가 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현할 수 있는 범위이면, 가능한 한 고함유율인 것이 바람직하다. 액정 조성물의 함유율은 높은 쪽이, 본 발명의 복합 재료의 전기 복굴절 값이 커지기 때문이다.
본 발명의 고분자/액정 복합 재료에 있어서, 액정 조성물의 함유율은 복합 재료에 대하여 60 ~ 99 중량%인 것이 바람직하고, 60 중량% ~ 98 중량%가 더 바람직하고, 80 중량% ~ 97 중량%가 특히 바람직하다. 또한, 본 발명의 고분자/액정 복합 재료에 있어서, 고분자의 함유율은 복합 재료에 대하여 1 중량% ~ 40 중량%인 것이 바람직하고, 2 중량% ~ 40 중량%가 더 바람직하고, 3 중량% ~ 20 중량%가 특히 바람직하다.
5 광 소자
본 발명의 광 소자는, 액정 조성물 또는 고분자/액정 복합 재료(이하에서는, 본 발명의 액정 조성물 및 고분자/액정 복합 재료를 총칭하여 액정 매체라고 할 수 있음)를 포함하는 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 광 소자이다.
전계 무인가 시에는 액정 매체는 광학적으로 등방성인데, 전기장을 인가하면, 액정 매체는 광학적 이방성을 발생시키고, 전계에 의한 광 변조가 가능해진다.
액정 표시 소자의 구조 예로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 콤(comb)형 전극 기판의 전극이, 좌측으로부터 뻗는 전극(1)과 우측으로부터 뻗는 전극(2)가 교대로 배치된 구조를 들 수 있다. 전극(1)과 전극(2) 사이에 전위차가 있는 경우, 도 1에 도시한 바와 같은 콤형 전극 기판 상에서는, 하나의 전극에 주목하면, 도면 상의 상 방향과 하 방향의 두 개의 방향의 전계가 존재하는 상태를 제공할 수 있다.
본 발명의 액정 조성물은 광 소자에 이용할 수 있다. 본 발명의 액정 조성물은, 낮은 구동 전압과 짧은 응답 시간을 나타내기 때문에, 본 발명의 바람직한 태양의 광 소자는 저전압에서 구동이 가능하고, 고속 응답이 가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해서는 제한되지 않는다. 덧붙여 특별히 언급이 없는 한, "%"는 "중량%"를 의미한다.
또한, 얻어진 화합물은, 1H-NMR 분석으로 얻어지는 핵자기 공명 스펙트럼, 가스 크로마토그래피(GC) 분석으로 얻어지는 가스 크로마토그램 등에 의해 동정하였다. 분석 방법은 이하와 같았다.
1) 분석 방법
1-1) 1H-NMR 분석
측정 장치는, DRX-500(상품명, 브루커 바이오스핀(주)(Bruker BioSpin K.K.))을 사용하였다. 측정은, 실시예 등에서 제조한 샘플을, CDCl3 등의 샘플이 녹을 수 있는 중수소화 용매에 용해하고, 실온에서, 500 MHz, 적산 횟수 24회의 조건으로 행하였다. 덧붙여, 얻어진 핵자기 공명 스펙트럼의 설명에 있어서, s는 1중선(singlet), d는 2중선(doublet), t는 3중선(triplet), q는 4중선(quartet), m은 다중선(multiplet)인 것을 의미한다. 또한, 화학 시프트 δ값의 제로점의 기준 물질로는 테트라메틸실레인(TMS)을 사용하였다.
1-2) GC 분석
측정 장치는, 시마즈 세이사쿠쇼(Shimadzu Corporation) 제조의 GC-14B형 가스 크로마토그래프를 사용하였다. 칼럼은, 시마즈 세이사쿠쇼 제조의 캐필러리 칼럼(capillary column) CBP1-M25-025(길이 25m, 내경 0.22 mm, 막 두께 0.25 μm; 고정액 상은 다이메틸폴리실록세인; 무극성)를 사용하였다. 캐리어 가스로는 헬륨을 사용하였고, 유량은 1 ml/분으로 조정하였다. 시료 기화실의 온도를 300℃, 검출기(FID) 부분의 온도를 300℃로 설정하였다.
시료는 톨루엔에 용해하여, 1 중량%의 용액이 되도록 조제하고, 얻어진 용액 1 μl를 시료 기화실에 주입하였다.
기록계로는 시마즈 세이사쿠쇼 제조의 C-R6A형 Chromatopac 또는 그 동등품을 사용하였다. 얻어진 가스 크로마토그램에는, 성분 화합물에 대응하는 피크의 유지 시간 및 피크의 면적값이 나타나 있다.
단, 시료의 희석 용매로는, 예를 들면, 클로로 폼, 헥세인을 사용할 수도 있다. 또한, 칼럼으로는, Agilent Technologies Inc. 제조의 캐필러리 칼럼 DB-1(길이 30m, 내경 0.32 mm, 막두께 0.25 μm), Agilent Technologies Inc. 제조의 HP-1(길이 30m, 내경 0.32 mm, 막두께 0.25 μm), Restek Corporation 제조의 Rtx-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막두께 0.25μm), SGE International Pty.Ltd 제조의 BP-1(길이 30m, 내경 0.32 mm, 막두께 0.25 μm) 등을 사용할 수도 있다.
가스 크로마토그램에 있어서의 피크의 면적 비는 성분 화합물의 비율에 해당한다. 일반적으로는, 분석 샘플의 성분 화합물의 중량%는, 분석 샘플의 각 피크의 면적%와 완전히 동일하지 않지만, 본 발명에 있어서 전술한 칼럼을 사용하는 경우에는, 실질적으로 보정 계수는 1이므로, 분석 샘플 중의 성분 화합물의 중량%는, 분석 샘플 중의 각 피크의 면적%와 대략 대응해 있다. 성분의 액정 화합물에 있어서의 보정 계수에 큰 차이가 없기 때문이다. 가스 크로마토그램에 의해 액정 조성물 중의 액정 화합물의 조성비를 보다 정확하게 구하려면, 가스 크로마토그램에 의한 내부 표준법을 이용한다. 일정량 정확하게 칭량된 각 액정 화합물 성분(피검 성분)과 기준이 될 액정 화합물(기준 물질)을 동시에 가스 크로마토그래피 측정하여, 얻어진 피검 성분의 피크와 기준 물질의 피크 간의 면적 비의 상대 강도를 미리 산출한다. 기준 물질에 대한 각 성분의 피크 면적의 상대 강도를 이용하여 보정하면, 액정 조성물 중의 액정 화합물의 조성비를 가스 크로마토그래피 분석으로부터 보다 정확하게 구할 수 있다.
1-3) 액정 화합물 등의 물성값의 측정 시료
액정 화합물의 물성값을 측정하는 시료로는, 화합물 그 자체를 시료로 하는 경우, 화합물을 모액정과 혼합하여 시료로 하는 경우의 두 종류가 있다.
화합물을 모액정과 혼합한 시료를 사용하는 후자의 경우에는, 이하의 방법으로 측정을 행한다. 먼저, 얻어진 액정 화합물 15 중량%와 모액정 85 중량%를 혼합하여 시료를 제작한다. 그리고, 얻어진 시료의 측정값으로부터, 하기의 계산식에 기초한 외삽법에 따라, 외삽값을 계산한다. 이 외삽값을 이 화합물의 물성값으로 한다.
<외삽값>=(100×<시료의 측정값>-<모액정의 중량%>×<모액정의 측정값>)/<액정 화합물의 중량%>
액정 화합물과 모액정 간의 비율이 이 비율(15 중량%:85 중량%)이어도, 스멕틱 상 또는 결정이 25℃에서 석출되는 경우에는, 액정 화합물과 모액정 간의 비율을 10 중량% : 90 중량%, 5 중량% : 95 중량%, 1 중량% : 99 중량%의 순으로 변경해 가다가, 스멕틱 상 또는 결정이 25℃에서 석출되지 않게 된 조성에서 시료의 물성값을 측정하고 상기 식에 따라 외삽값을 구하여, 이를 액정 화합물의 물성값으로 한다.
측정에 사용하는 모액정으로는 다양한 종류가 존재하는데, 예를 들면, 모액정 A의 조성(중량%)은 이하와 같다.
Figure pct00058
1-4) 액정 화합물 등의 물성값의 측정 방법
물성값의 측정은 후술하는 방법으로 행하였다. 이들 측정 방법의 대부분은 일본 전자 기계 공업회 규격(Standard of Electric Industries Association of Japan) EIAJ·ED-2521A에 기재된 방법 또는 이를 수식한 방법이다. 또한, 측정에 사용한 TN 소자에는, TFT를 장착하지 않았다.
측정값 중, 액정 화합물 그 자체를 시료로 한 경우에는, 얻어진 값을 실험 데이터로서 기재하였다. 액정 화합물과 모액정의 혼합물을 시료로서 사용한 경우에는, 외삽법으로 얻어진 값을 실험 데이터로서 기재하였다.
1-4-1) 상 구조 및 상 전이 온도(℃)
이하 (1) 및 (2)의 방법으로 측정을 행하였다.
(1) 편광 현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫 플레이트(메틀러(Mettler)사 FP-52형 핫 스테이지)에 시료를 놓고, 3℃/분의 속도로 가열하면서 상 상태와 그 변화를 편광 현미경으로 관찰하고, 액정 상의 종류를 특정하였다.
(2) 퍼킨엘머(PerkinElmer)사 제조의 주사 열량계 DSC-7 시스템 또는 Diamond DSC 시스템을 사용하여 3℃/분 속도로 승강온하고, 시료의 상 변화에 따른 흡열 피크 또는 발열 피크의 시작점을 외삽에 의해 구하고(on set), 상 전이 온도를 결정하였다.
이하, 결정은 K로 표시하고, 나아가 결정의 구별이 되는 경우에는, 각각 K1 또는 K2로 표시하였다. 또한, 스멕틱 상은 Sm, 네마틱 상은 N, 카이랄 네마틱 상은 N*으로 표시하였다. 액체(아이소트로픽)는 I로 표시하였다. 스멕틱 상 중에서, 스멕틱 B상 또는 스멕틱 A상의 구별이 되는 경우에는, 각각 SmB 또는 SmA로 표시하였다. BP는 블루 상 또는 광학적으로 등방성인 액정 상을 나타낸다. 두 상의 공존 상태는 (N*+I), (N*+BP)라는 형식으로 표기할 수 있다. 구체적으로는, (N*+I)는, 각각 비액정 등방 상과 카이랄 네마틱 상이 공존하는 상을 나타내고, (N*+BP)는, BP상 또는 광학적으로 등방성인 액정 상과 카이랄 네마틱 상이 공존한 상을 나타낸다. Un은 광학적 등방성이 아닌 확인되지 않은 상을 나타낸다. 상 전이 온도의 표기로서, 예를 들면, "K 50.0 N 100.0 I"란, 결정으로부터 네마틱 상으로의 상 전이 온도(KN)가 50.0℃이고, 네마틱 상에서 액체로의 상 전이 온도(NI)가 100.0℃인 것을 나타낸다. 또한, "BP - I"란, 블루 상 또는 광학적으로 등방성인 액정 상에서 액체(아이소트로픽)로의 상 전이 온도를 판단할 수 없었던 것을 나타내고, "N 83.0-83.4 I"란, 네마틱 상에서 액체(아이소트로픽)로의 상 전이 온도가 83.0℃에서 83.4℃로 폭이 있는 것을 나타낸다. 다른 표기도 마찬가지이다.
1-5) 네마틱 상의 상한 온도(T NI; ℃)
편광 현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫 플레이트(메틀러(Mettler)사 FP-52형 핫 스테이지)에 시료(액정 화합물과 모액정의 혼합물)를 놓고, 1℃/분의 속도로 가열하면서 편광 현미경을 관찰하였다. 시료의 일부가 네마틱 상에서 등방성 액체로 변화했을 때의 온도를 네마틱 상의 상한 온도로 하였다. 이하, 네마틱 상의 상한 온도를 단순히 "상한 온도"로 약칭할 수 있다.
1-6) 저온 상용성
모액정과 액정 화합물을, 액정 화합물이, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 5 중량%, 3 중량% 및 1 중량%의 양이 되도록 혼합한 시료를 제작하고, 시료를 유리 병에 넣는다. 이 유리 병을, -10℃ 또는 -20℃의 프리저 속에 일정 기간 보관한 후, 결정 또는 스멕틱 상이 석출되어 있는지 아닌지 관찰을 하였다.
1-7) 점도(벌크 점도; η; 20℃에서 측정; mPa·s)
액정 화합물과 모액정의 혼합물을, E형 점도계를 사용하여 측정하였다.
1-8) 굴절률 이방성(Δn)
측정은, 25℃의 온도 하에서 파장 589 nm의 광을 사용하여, 접안경에 편광판을 장착한 아베 굴절계에 의해 행하였다. 주 프리즘의 표면을 일방향으로 러빙한 후, 시료(액정 화합물과 모액정의 혼합물)를 주 프리즘에 적하(滴下)하였다. 굴절률(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행할 때 측정하였다. 굴절률(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직일 때 측정하였다. 굴절률 이방성(Δn)의 값은 Δn=n∥―n⊥의 식으로부터 계산하였다.
1-9) 유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정)
두 장의 유리 기판의 간격(갭)이 9 μm, 트위스트 각이 80도인 액정 셀에 시료(액정 화합물과 모액정의 혼합물)를 넣었다. 이 셀에 20볼트를 인가하여, 액정 분자의 장축 방향에 있어서의 유전율(ε∥)을 측정하였다. 0.5볼트를 인가하여, 액정 분자의 단축 방향에 있어서의 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은 Δε=ε∥―ε⊥의 식으로부터 계산하였다.
1-10) 피치(P; 25℃에서 측정; nm)
피치 길이는 선택 반사를 이용하여 측정하였다(액정 편람 196페이지 2000년 발행, 마루젠). 선택 반사 파장 λ에는, 관계식 <n>p/λ=1이 성립된다. 여기서 <n>은 평균 굴절률을 나타내고, 다음 식으로 주어진다. <n>={(n∥ 2+n⊥ 2)/2}1/2. 선택 반사 파장은 현미 분광 광도계(니혼 덴시(주)(JEOL Ltd.), 상품명 MSV-350)로 측정하였다. 얻어진 반사 파장을 평균 굴절률로 나눔으로써 피치를 구하였다. 가시광보다 장파장 영역에 반사 파장을 갖는 콜레스테릭 액정의 피치는, 광학 활성 화합물 농도가 낮은 영역에서는 광학 활성 화합물의 농도의 역수에 비례하므로, 가시광 영역에 선택 반사 파장을 갖는 액정의 피치 길이를 수 점 측정하고, 직선 외삽법에 의해 구하였다. "광학 활성 화합물"은 본 발명에 있어서의 카이랄제에 해당한다.
본 발명에 있어서, 액정 조성물의 특성값의 측정은 하기의 방법에 따라 행할 수 있다. 그들의 대부분은, 일본 전자 기계 공업회 규격(Standard Of Electric Industries Association of Japan) EIAJ·ED-2521A에 기재된 방법 또는 이를 수식한 방법이다. 측정에 사용한 TN 소자에는, TFT를 장착하지 않았다.
1-11) 네마틱 상의 상한 온도(NI; ℃)
편광 현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫 플레이트에 시료를 놓고, 1℃/분의 속도로 가열하였다. 시료의 일부가 네마틱 상에서 등방성 액체로 변화했을 때의 온도를 측정하였다. 네마틱 상의 상한 온도를 "상한 온도"로 약칭할 수 있다.
1-12) 네마틱 상의 하한 온도(TC; ℃)
네마틱 상을 갖는 시료를 0℃, -10℃, -20℃, 30℃ 및 -40℃의 프리저(freezer) 속에 10일간 보관한 후, 액정 상을 관찰하였다. 예를 들면, 시료가 -20℃에서는 네마틱 상인 채이고, -30℃에서는 결정(또는 스멕틱 상)으로 변화했을 때, Tc를 ≤-20℃로 기재하였다. 네마틱 상의 하한 온도를 "하한 온도"로 약칭할 수 있다.
1-13) 광학적으로 등방성인 액정 상의 전이 온도
편광 현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫 플레이트에 시료를 놓고, 크로스 니콜(crossed nicols)의 상태에서, 먼저 시료가 비액정 등방 상이 되는 온도까지 승온한 후, 1℃/분의 속도로 강온하고, 완전히 카이랄 네마틱 상 또는 광학적으로 등방성인 액정 상을 출현시켰다. 그 강온 과정에서의 상 전이한 온도를 측정하고, 이어서 1℃/분의 속도로 승열(昇熱)하고, 그 승온 과정에 있어서의 상 전이한 온도를 측정하였다. 본 발명에 있어서, 특별히 양해가 없는 한, 승온 과정에서의 상 전이한 온도를 상 전이 온도로 하였다. 광학적으로 등방성인 액정 상에 있어서 크로스 니콜 하에서는 어두운 시야로 상 전이 온도의 판별이 어려운 경우에는, 편광판을 크로스 니콜의 상태에서 1 ~ 10° 옮겨놓고 상 전이 온도를 측정하였다.
1-14) 점도(회전 점도; γ1; 25℃에서 측정; mPa·s)
(1) 유전율 이방성이 양인 시료: 측정은, M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995)에 기재된 방법을 따랐다. 트위스트 각이 0°이고, 그리고 두 장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 5 μm인 TN 소자에 시료를 넣었다. TN 소자에 16 볼트 ~ 19.5 볼트의 범위에서 0.5 볼트마다 단계적으로 인가하였다. 0.2초의 무인가 후, 단 하나의 사각형 파(사각형 펄스; 0.2초)와 무인가(2초)의 조건으로 인가를 반복하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도 전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크 시간(peak time)을 측정하였다. 이들 측정값과 M. Imai들의 논문, 40 페이지의 계산식 (8)로부터 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에서 필요한 유전율 이방성의 값은, 이 회전 점도의 측정에서 사용한 소자로, 하기의 유전율 이방성의 측정 방법으로 구하였다.
(2) 유전율 이방성이 음인 시료: 측정은, M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995)에 기재된 방법을 따랐다. 두 장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 20 μm인 VA 소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 30 볼트 내지 50 볼트의 범위에서 1 볼트마다 단계적으로 인가하였다. 0.2초의 무인가 후, 단 하나의 사각형 파(사각형 펄스; 0.2초)와 무인가(2초)의 조건으로 인가를 반복하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도 전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크 시간(peak time)을 측정하였다. 이들 측정값과 M. Imai들의 논문, 40 페이지의 계산식(8)로부터 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에 필요한 유전율 이방성의 값은 하기의 유전율 이방성의 측정 방법으로 측정한 값을 사용하였다.
1-15) 굴절률 이방성(Δn; 25℃에서 측정)
측정은, 파장 589 nm의 광을 사용하여, 접안경에 편광판을 장착한 아베 굴절계에 의해 행하였다. 주 프리즘의 표면을 일방향으로 러빙(rubbing)한 후, 시료를 주 프리즘에 적하(滴下)하였다. 굴절률(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행할 때 측정하였다. 굴절률(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직일 때 측정하였다. 굴절률 이방성의 값은 Δn=n∥―n⊥의 식으로부터 계산하였다. 시료가 조성물일 때에는 이 방법에 의해 굴절률 이방성을 측정하였다.
1-16) 유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정)
(1) 유전율 이방성이 양인 조성물: 두 장의 유리 기판의 간격(갭)이 9 μm, 트위스트 각이 80도인 액정 셀에 시료를 넣었다. 이 셀에 20 볼트를 인가하여, 액정 분자의 장축 방향에 있어서의 유전율(ε∥)을 측정하였다. 0.5 볼트를 인가하여, 액정 분자의 단축 방향에 있어서의 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은 Δε=ε∥―ε⊥의 식으로부터 계산하였다.
(2) 유전율 이방성성이 음인 조성물: 호메오트로픽 배향으로 처리한 액정 셀에 시료를 넣고, 0.5볼트를 인가하여 유전율(ε∥)을 측정하였다. 호모지니어스 배향으로 처리한 액정 셀에 시료를 넣고, 0.5볼트를 인가하여 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥―ε⊥의 식으로부터 계산하였다.
1-17) 문턱값 전압(Vth; 25℃에서 측정; V)
1) 유전율 이방성이 양인 조성물: 두 장의 유리 기판의 간격(갭)이 （０．５／Δｎ）μｍ이고, 트위스트 각이 80도인 노멀리 화이트 모드(normally white mode)의 액정 표시 소자에 시료를 넣었다. Δｎ은 상기의 방법으로 측정한 굴절률 이방성의 값이다. 이 소자에 주파수가 32 Hz인 사각형 파를 인가하였다. 사각형 파의 전압을 상승시키고, 소자를 통과하는 광의 투과율이 90%가 되었을 때의 전압의 값을 측정하였다.
2) 유전율 이방성성이 음인 조성물:두 장의 유리 기판의 간격(갭)이 약 9 μm이고, 호메오트로픽 배향으로 처리한 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 액정 표시 소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 주파수 32 Hz인 사각형 파를 인가하였다. 사각형 파의 전압을 상승시키고, 소자를 통과하는 광의 투과율이 10%가 되었을 때의 전압의 값을 측정하였다.
1-18) 전압 유지율(VHR; 25℃에서 측정; %)
측정에 사용한 TN 소자는 폴리이미드 배향막을 가지며, 그리고 두 장의 유리 기판의 간격(셀 갭)은 6 μm이다. 이 소자는 시료를 넣은 후 자외선에 의해 중합하는 접착제로 밀폐하였다. 이 TN 소자에 펄스 전압(5V로 60마이크로초)을 인가하여 충전하였다. 감쇄하는 전압을 고속 전압계로 16.7 밀리초 동안 측정하고, 단위 주기에 있어서의 전압 곡선과 가로축 사이의 면적 A를 구하였다. 면적 B는 감쇄하지 않았을 때의 면적이다. 전압 유지율은 면적 B에 대한 면적 A의 백분율이다.
1-19) 나선 피치(20℃에서 측정; μm)
나선 피치의 측정에는, 카노(Cano)의 쐐기형 셀법을 이용하였다. 카노의 쐐기형 셀에 시료를 주입하고, 셀로부터 관찰되는 디스크리네이션 라인의 간격(a; 단위는 μm)을 측정하였다. 나선 피치(P)는, 식 P=2·a·tanθ로부터 산출하였다. θ는, 쐐기형 셀에 있어서의 두 장의 유리판 사이의 각도이다.
혹은, 피치 길이는 선택 반사를 이용하여 측정하였다(액정 편람 196 페이지 2000년 발행, 마루젠). 선택 반사 파장 λ에는, 관계식 <n>p/λ=1이 성립된다. 여기서 <n>은 평균 굴절률을 나타내고, 다음 식으로 주어진다. <n>={(n∥ 2+n⊥2)/2}1/2. 선택 반사 파장은 현미 분광 광도계(니혼 덴시(주), 상품명 MSV-350)로 측정하였다. 얻어진 반사 파장을 평균 굴절률로 나눔으로써 피치를 구하였다.
가시광보다 긴 파장 영역에 반사 파장을 갖는 콜레스테릭 액정의 피치는, 카이랄제 농도가 낮은 영역에서는 카이랄제의 농도의 역수에 비례하므로, 가시광 영역에 선택 반사 파장을 갖는 액정의 피치 길이를 수 점 측정하고, 직선 외삽법에 의해 구하였다.
1-20) 포화 전압(25°C에서 측정; V)
고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀을, 도 2에 도시한 광학계에 세팅하였다. 구체적으로는, 광원으로서 편광 현미경(니콘(nikon) 제조 이클립스(eclipse) LV100POL)의 백색 광원을 사용하고, 셀에 대한 입사 각도가 셀면에 대하여 수직이 되도록 하고, Polarizer와 Analyzer의 편광판이 크로스 니콜이 되도록 세팅하였다. 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀의 도 1에 도시한 콤형 전극의 선 방향이 각각의 편광판에 대하여 45°가 되도록 세팅하고, 광측정기(YOKOGAWA 제조 3298F)를 사용하여 편광판과 셀을 통과하는 투과 광 강도를 측정하였다. 이 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀에 사각형 파로 전압을 인가하고, 투과 광 강도가 최대가 되는 인가 전압을 포화 전압으로 하였다.
1-21) 콘트라스트 비(실온에서 측정)
고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀을, 도 2에 도시한 광학계에 세팅하였다. 구체적으로는, 광원으로서 편광 현미경(니콘 제조 이클립스 LV100POL)의 백색 광원을 사용하고, 셀에 대한 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, Polarizer와 Analyzer의 편광판이 크로스 니콜이 되도록 세팅하였다. 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀의 도 1에 도시한 콤형 전극의 선 방향이 각각의 편광판에 대하여 45°가 되도록 세팅하고, 광측정기(YOKOGAWA 제조 3298F)를 사용하여 편광판과 셀을 통과하는 투과 광 강도를 측정하였다. 이 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀에 사각형 파로 전압을 인가하고 투과 광 강도가 최대가 된 값을, 전압을 제거하였을 때의 투과 광 강도로 나눈 값을 콘트라스트 비로 하였다.
1-22) 응답 시간(25°C에서 측정; ms)
고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀을, 도 2에 도시한 광학계에 세팅하였다. 구체적으로는, 광원으로서 편광 현미경(니콘 제조 이클립스 LV100POL)의 백색 광원을 사용하고, 셀에 대한 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, Polarizer와 Analyzer의 편광판이 크로스 니콜이 되도록 세팅하였다. 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀의 도 1에 도시한 콤형 전극의 선 방향이 각각의 편광판에 대하여 45°가 되도록 세팅하고, 광측정기(HAMAMATSU 제조 H5784)를 사용하여 편광판과 셀을 통과하는 투과 광 강도를 측정하였다. 이 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀에 펄스 파로 전압을 인가하고, 투과 광 강도가 최대값에 대하여 10%부터 90%까지 변화하는 시간을 "전압 인가 시의 응답 시간"으로 하고, 전압을 제거하고 투과 광 강도가 최대값에 대하여 90%부터 10%까지 변화하는 시간을 "전압 제거 시의 응답 시간"으로 하였다.
성분 또는 액정 화합물의 비율(백분율)은, 액정 화합물의 전체 중량에 기초한 중량 백분율(중량%)이다. 조성물은, 액정 화합물 등의 성분의 중량을 측정하고나서 혼합함으로써 조제된다. 따라서, 성분의 중량%를 산출하는 것은 용이하다.
[실시예 1] 네마틱 액정 조성물(NLC)의 조제
표 1에 나타낸 화합물을 혼합하여, 네마틱 액정 조성물 NLC-1 ~ NLC-7을 조제하였다. 표 중의 수치는, 조성비(중량%)이다.
Figure pct00059
네마틱 액정 조성물 NLC-1 ~ NLC-7의 상 전이 온도는, 표 2에 나타낸 바와 같았다.
Figure pct00060
[실시예 2] 카이랄 액정 조성물(CLC)의 조제
다음, 표 1에 나타낸 네마틱 액정 조성물 NLC-1 ~ NLC-7과, 하기에 나타낸 카이랄제(CD1)를 혼합하여, 카이랄 액정 조성물 CLC-1 ~ CLC-7을 조제하였다. 해당 카이랄 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 3과 같고, 상 전이 온도는, 표 4와 같았다.
Figure pct00061
Figure pct00062
CD1
Figure pct00063
[실시예 3] 중합성 모노머와의 혼합물인 액정 조성물(MLC)의 조제
실시예 2에서 조제된 각 카이랄 액정 조성물(CLC)을 중합성 모노머와의 혼합물을 등방 상에서 가열 혼합함으로써, 액정 조성물 MLC-1 ~ MLC-7을 조제하였다. 이들 액정 조성물의 조성은 하기의 표 5와 같고, 상 전이 온도는 표 6과 같았다.
Figure pct00064
Figure pct00065
단, 표 5 중의 LCA-12는, 1,4-다이(4-(6-(아크릴로일옥시)도데실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠이고, DMPA는 2,2'-다이메톡시페닐아세토페논으로서, 광 중합 개시제이다.
LCA-12
Figure pct00066
[실시예 4] 고분자/액정 복합 재료가 끼인(挾持) 셀
카이랄 액정 조성물(CLC)과 중합성 모노머의 혼합물인 액정 조성물(MLC)을 배향 처리가 실시되지 않은 콤형 전극 기판과 대향 유리 기판(비전극 부여) 사이에 끼우고, 블루 상이 발현되는 온도까지 가온하였다. 블루 상이 발현되어 있는 상태에서, 하기의 UV 노광 조건 1 또는 UV 노광 조건 2로 중합 반응을 행하고, 고분자/액정 복합 재료 PSBP-1 ~ PSBP-7가 끼인 셀을 만들었다(셀 두께 7 ~ 9μm).
UV 노광 조건 1: 자외광(자외광 강도 23 mWcm -2(365 nm))을 1분간 조사
UV 노광 조건 2: 자외광(자외광 강도 2 mWcm -2(365 nm))을 7분간 조사
중합 온도는, 표 7에 나타낸 바와 같았다.
[실시예 5] 셀을 사용한 광학계
실시예 4에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀을, 도 2에 도시한 광학계에 세팅하였다. 구체적으로는, 광원으로서 편광 현미경(니콘 제조 이클립스 LV100POL)의 백색 광원을 사용하고, 셀에 대한 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, 콤형 전극의 선 방향이 Polarizer와 Analyzer 편광판에 대하여 각각 45°가 되도록 실시예 4에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀이 세팅되었다(도 2).
해당 광학계를 사용하여, 실시예 4에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료의 실온에서 인가 전압과 투과율 간의 관계를 살펴보았다. 셀에 끼인 고분자/액정 복합 재료(PSBP)의 물성값은, 표7에 나타낸 바와 같았다. 덧붙여 응답 시간의 데이터는, 포화 전압 인가, 제거 시의 것이다.
Figure pct00067
[실시예 6] 네마틱 액정 조성물(NLC)의 조제
표 8에 나타낸 화합물을 혼합하여, 네마틱 액정 조성물 NLC-8 ~ NLC-14를 조제하였다. 표 중의 수치는, 조성비(중량%)이다.
Figure pct00068
네마틱 액정 조성물 NLC-8 ~ NLC-14의 상 전이 온도는, 표 9에 나타낸 바와 같았다.
Figure pct00069
[실시예 7] 카이랄 액정 조성물(CLC)의 조제
표 8에 나타낸 네마틱 액정 조성물 NLC-8 ~ NLC-14와, 카이랄제 CD1을 혼합하여, 카이랄 액정 조성물 CLC-8 ~ CLC-14를 조제하였다. 해당 카이랄 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 10과 같고, 상 전이 온도는, 표 11과 같았다.
Figure pct00070
Figure pct00071
[실시예 8] 중합성 모노머와의 혼합물인 액정 조성물(MLC)의 조제
실시예 7에서 조제된 각 카이랄 액정 조성물(CLC)을 중합성 모노머와의 혼합물을 등방 상에서 가열 혼합함으로써 액정 조성물 MLC-8 ~ MLC-14를 조제하였다. 이들 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 12와 같고, 상 전이 온도는 표 13과 같았다.
Figure pct00072
Figure pct00073
단, 표 12 중의 LCA-2-12는, 1,3,4-트라이(4-(6-(아크릴로일옥시)도데실옥시)벤조일옥시)벤젠이고, DMPA는 2,2'-다이메톡시페닐아세토페논으로서, 광 중합 개시제이다.
LCA-2-12
Figure pct00074
[실시예 9] 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀
실시예 4와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료 PSBP-8 ~ PSBP-14가 끼인 셀을 만들었다(셀 두께 7 ~ 9 μm). 중합 온도는, 표 14에 나타낸 바와 같았다.
[실시예 10] 셀을 사용한 광학계
실시예 5와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료의 실온에서 인가 전압과 투과율 간의 관계를 살펴보았다. 셀에 끼인 고분자/액정 복합 재료(PSBP)의 물성값은, 표 14에 나타낸 바와 같았다. 덧붙여 응답 시간의 데이터는, 포화 전압 인가, 제거 시의 것이다.
Figure pct00075
[실시예 11] 네마틱 액정 조성물(NLC)의 조제
표 15에 나타낸 화합물을 혼합하여, 네마틱 액정 조성물 NLC-15 ~ NLC-21을 조제하였다. 표 중의 수치는, 조성비(중량%)이다.
Figure pct00076
네마틱 액정 조성물 NLC-15 ~ NLC-21의 상 전이 온도는, 표 15에 나타낸 바와 같았다.
Figure pct00077
[실시예 12] 카이랄 액정 조성물(CLC)의 조제
표 15에 나타낸 네마틱 액정 조성물 NLC-15 ~ NLC-21과, 카이랄제 CD1을 혼합하여, 카이랄 액정 조성물 CLC-15 ~ CLC-21을 조제하였다. 해당 카이랄 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 17과 같았고, 상 전이 온도는, 표 18과 같았다.
Figure pct00078
Figure pct00079
[실시예 13] 중합성 모노머와의 혼합물인 액정 조성물(MLC)의 조제
실시예 12에서 조제된 각 카이랄 액정 조성물(CLC)을 중합성 모노머와의 혼합물을 등방 상에서 가열 혼합함으로써, 액정 조성물 MLC-15 ~ MLC-21을 조제하였다. 이들 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 19와 같았고, 상 전이 온도는, 표 20과 같았다.
Figure pct00080
Figure pct00081
[실시예 14] 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀
실시예 4와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료 PSBP-15 ~ PSBP-21이 끼인 셀을 만들었다(셀 두께 7 ~ 9 μm). 중합 온도는, 표 21에 나타낸 바와 같았다.
[실시예 15] 셀을 사용한 광학계
실시예 5와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료의 실온에서 인가 전압과 투과율 간의 관계를 살펴보았다. 셀에 끼인 고분자/액정 복합 재료(PSBP)의 물성값은, 표 21에 나타낸 바와 같았다. 덧붙여 응답 시간의 데이터는, 포화 전압 인가, 제거 시의 것이다.
Figure pct00082
[실시예 16] 네마틱 액정 조성물(NLC)의 조제
표 22에 나타낸 화합물을 혼합하여, 네마틱 액정 조성물 NLC-22 및 NLC-23을 조제하였다. 표 중의 수치는, 조성비(중량%)이다.
Figure pct00083
네마틱 액정 조성물 NLC-22 및 NLC-23의 상 전이 온도는, 표 23에 나타낸 바와 같았다.
Figure pct00084
[실시예 17] 카이랄 액정 조성물(CLC)의 조제
표 22에 나타낸 네마틱 액정 조성물 NLC-22 및 NLC-23과, 카이랄제 CD1을 혼합하여, 카이랄 액정 조성물 CLC-22 및 CLC-23을 조제하였다. 해당 카이랄 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 24와 같았고, 상 전이 온도는, 표 25와 같았다.
Figure pct00085
Figure pct00086
[실시예 18] 중합성 모노머와의 혼합물인 액정 조성물(MLC)의 조제
실시예 17에서 조제된 각 카이랄 액정 조성물(CLC)을 중합성 모노머와의 혼합물을 등방 상에서 가열 혼합함으로써 액정 조성물 MLC-22 및 MLC-23을 조제하였다. 이들 액정 조성물의 조성은, 하기의 표 26과 같았고, 상 전이 온도는, 표 27과 같았다.
Figure pct00087
Figure pct00088
[실시예 19] 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀
실시예 4와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료 PSBP-22 및 PSBP-23가 끼인 셀을 만들었다(셀 두께 7 ~ 9 μm). 중합 온도는 표 28에 나타낸 바와 같았다.
[실시예 20] 셀을 사용한 광학계
실시예 5와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료의 실온에서 인가 전압과 투과율 간의 관계를 살펴보았다. 셀에 끼인 고분자/액정 복합 재료(PSBP)의 물성값은, 표 28에 나타낸 바와 같았다. 덧붙여 응답 시간의 데이터는, 포화 전압 인가, 제거 시의 것이다.
Figure pct00089
[비교예 1] 네마틱 액정 조성물(NLC)의 조제
비교예로서, 상기 NLC-7로부터 화합물 (3-1-1) 10 중량%를 제외한 네마틱 액정 조성물 NLC-R을 조제하였다. 조성 및 상 전이 온도를 나타내었다.
Figure pct00090
상 전이 온도: N 88.7-89.0 I
[비교예 2] 카이랄 액정 조성물(CLC)의 조제
네마틱 액정 조성물 NLC-R과 카이랄제 CD1을 혼합하여, 카이랄 액정 조성물 CLC-R을 조제하였다. 조성 및 상 전이 온도를 나타내었다.
NLC-R 95.2 중량%
CD1 4.8 중량%
상 전이점: N* 80.4-80.5 BP 82.3 I
[비교예 3]
조제된 카이랄 액정 조성물 CLC-R을 중합성 모노머와의 혼합물을 등방 상에서 가열 혼합함으로써, 액정 조성물 MLC-R을 조제하였다. 조성과 상 전이 온도를 나타내었다.
CLC-R 88.4 중량%
n-헥사데실아크릴레이트 6.2 중량%
LCA-12 5.2 중량%
DMPA 0.4 중량%
상 전이점: N* 52.8-53.2 BP 57.0 I
[비교예 4] 고분자/액정 복합 재료가 끼인 셀
실시예 4와 동일한 방법으로, UV 노광 조건 2: 자외광(자외광 강도 2 mWcm-2(365 nm))을 7분간 조사로 중합 반응을 행하고, 고분자/액정 복합 재료 PSBP-R이 끼인 셀을 만들었다(셀 두께 7.6 μm).
[비교예 5] 셀을 사용한 광학계
실시예 5와 동일한 방법으로, 고분자/액정 복합 재료의 실온에서 인가 전압과 투과율 간의 관계를 살펴보았다. 셀에 끼인 고분자/액정 복합 재료 PSBP-R의 물성값은 이하와 같았다.
포화 전압: 60.4V,콘트라스트 비:1080,전압 인가 시의 응답 시간: 0.56 ms,전압 제거 시의 응답 시간: 0.53 ms,중합 온도: 52.8℃.
이와 같이 하여 얻어진 고분자/액정 복합 재료 PSBP-1 ~ PSBP-23 및 PSBP-R은, 모두 실온에서 냉각하여도 광학적으로 등방성인 액정 상을 유지하고 있었다.
CLC-7은, CLC-R에 화합물 (3)을 첨가한 조성물이다.
PSBP-7의 포화 전압은 45.4V, 콘트라스트 비는 1062.6으로서, PSBP-R(포화 전압은 60.4V, 콘트라스트 비는 1080)과 비교하여, 콘트라스트 비는 동등하면서 구동 전압이 저하하였다. 화합물 (1') 및 화합물 (2')에 화합물 (3)의 조합의 조성물은, 구동 전압의 저하에 유효하다는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예로부터 자명한 바와 같이, 본 발명의 광 소자는, 구동 전압이 낮고, 콘트라스트가 높고, 응답 시간이 빠르므로 종래 기술보다 우수하다.
본 발명의 활용법으로서, 예를 들면, 고분자/액정 복합체를 사용하는 표시 소자 등의 광 소자를 들 수 있다.
1 전극
2 전극
3 광원
4 편광자(편광판)(Polarizer)
5 콤형 전극 셀
6 검광자(편광판)(Analyzer)
7 수광기(Photodetector)

Claims (27)

  1. 식 (1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는 아카이랄 성분 T와 카이랄제를 함유하고, 광학적으로 등방성인 액정 상을 발현하는 액정 조성물.
    Figure pct00091

    식 (1) 및 식 (2)에 있어서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이되, R1 및 R2 중 적어도 하나는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z11, Z12, Z21 및 Z22는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z11 및 Z12 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z21 및 Z22 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L11 ~ L13, L21 및 L22는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y1, Y2는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (1)로 표시되는 화합물의 비율이 5 중량% 내지 65 중량%의 범위이고, 식 (2)로 표시되는 화합물의 비율이 25 중량% 내지 90 중량%의 범위인, 액정 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    제1 성분으로서 식 (1')로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 제2 성분으로서 식 (2')로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 제3 성분으로서 식 (3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00092

    식 (1'), 식 (2') 및 식 (3)에 있어서, R11 및 R21은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; R31은 독립적으로 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일이고; R32는 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌이고; Z13, Z14, Z23, Z24, Z31 및 Z32는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z13 및 Z14 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z23 및 Z24 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z31 및 Z32 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L14 ~ L16, L23, L24, L31 및 L32는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y11, Y21 및 Y31는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (1')로 표시되는 화합물의 비율이 5 중량% 내지 65 중량%의 범위이고, 식 (2')로 표시되는 화합물의 비율이 15 중량% 내지 80 중량%의 범위이고, 식 (3)으로 표시되는 화합물의 비율이 2 중량% 내지 40 중량%의 범위인, 액정 조성물.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    제1 성분으로서, 식 (1'-1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (1'-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00093

    식 (1'-1) 및 식 (1'-2)에 있어서, R12 및 R13은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; L101 ~ L105 및 L106은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y12 및 Y13은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제1 성분으로서, 식 (1'-1-1) 내지 식 (1'-1-3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 식 (1'-2-1) 내지 식 (1'-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00094

    이들 식에 있어서, R12 및 R13은 독립적으로, 수소, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이다.
  7. 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 성분으로서, 식 (2'-1)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물 및 식 (2'-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00095

    식 (2'-1) 및 식 (2'-2)에 있어서, R22 및 R23은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고; L201 ~ L203 및 L204는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y22 및 Y23은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2 성분으로서, 식 (2'-1-1) 내지 식 (2'-1-3)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 식 (2'-2-1) 내지 식 (2'-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00096

    이들 식에 있어서, R22 및 R23은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일 또는 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이다.
  9. 청구항 3 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 성분으로서, 식 (3-1), 식 (3-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00097

    식 (3-1) 및 식 (3-2) 중의 R33 및 R35는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일이고; R34 및 R36은 독립적으로 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌이고; L301 ~ L303 및 L304는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y32 및 Y33은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제3 성분으로서, 식 (3-1-1) 내지 식 (3-1-3), 식 (3-2-1) 내지 식 (3-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00098

    이들 식에 있어서, R33 및 R35는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일 또는 탄소 수 2 내지 12의 알킨일이고; R34 및 R36은 독립적으로 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌, 탄소 수 2 내지 5의 알켄일렌 또는 탄소 수 2 내지 5의 알킨일렌이다.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    식 (4) 및 식 (5)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00099

    식 (4) 및 식 (5)에 있어서, R4 및 R5는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시이고, 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z41, Z42, Z51 및 Z52는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z41 및 Z42 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z51 및 Z52 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L41 ~ L43, L51 및 L52는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y41, Y51은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  12. 청구항 11에 있어서,
    액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (4) 및 식 (5)로 표시되는 화합물의 비율이 1 중량% 내지 25 중량%의 범위인, 액정 조성물.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    식 (4-1), 식 (4-2), 식 (5-1) 및 식 (5-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00100

    식 (4-1), 식 (4-2), 식 (5-1) 및 식 (5-2)에 있어서, R41, R42, R51 및 R52는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; L401 ~ L406, L501 ~ L503 및 L504는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y42, Y43, Y52 및 Y53은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  14. 청구항 13에 있어서,
    식 (4-1-1) 내지 식 (4-1-3), 식 (4-2-1) 내지 식 (4-2-6), 식 (5-1-1) 내지 식 (5-1-3), 식 (5-2-1) 내지 식 (5-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00101

    Figure pct00102

    이들 식에 있어서, R41, R42, R51 및 R52는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    식 (6) 및 식 (7)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00103

    식 (6) 및 식 (7)에 있어서, R6 및 R7은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; Z61, Z62, Z71 및 Z72는 독립적으로, 단결합, -COO- 및 -CF2O-이되, Z61 및 Z62 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고, Z71 및 Z72 중 하나가 -CF2O- 또는 -COO-이고, 다른 하나가 단결합이고; L61 ~ L65, L71 ~ L73 및 L74는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y61 및 Y71는 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  16. 청구항 15에 있어서,
    액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (6) 및 식 (7)로 표시되는 화합물의 비율이 0.1 중량% 내지 20 중량%의 범위인, 액정 조성물.
  17. 청구항 15 또는 16에 있어서,
    식 (6-1), 식 (6-2), 식 (7-1) 및 식 (7-2)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00104

    식 (6-1), 식 (6-2), 식 (7-1) 및 식 (7-2)에 있어서, R61, R62, R71 및 R72는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; L601 ~ L610, L701 ~ L707 및 L708은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y62, Y63, Y72 및 Y73은 독립적으로, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  18. 청구항 17에 있어서,
    식 (6-1-1) 내지 식 (6-1-6), 식 (6-2-1) 내지 식 (6-2-6), 식 (7-1-1) 내지 식 (7-1-6), 식 (7-2-1) 내지 식 (7-2-6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00105

    Figure pct00106

    Figure pct00107

    이들 식에 있어서, R61, R62, R71 및 R72는 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    식 (8)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 더 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00108

    식 (8)에 있어서, R8은, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이고; 환 A8은, 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-다이플루오로-1,4-페닐렌, 피리딘-2,5-다이일, 피리미딘-2,5-다이일, 1,3-다이옥세인-2,5-다이일 또는 테트라하이드로피란-2,5-다이일이고; Z81 및 Z82는 독립적으로, 단결합, -COO-, -CH2CH2-, -CH2O- 및 -CF2O-이고; L81, L82 및 L83은 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이고; Y8은, 불소, 염소, -CF3 또는 -OCF3이다.
  20. 청구항 19에 있어서,
    액정 조성물의 중량에 기초하여, 식 (8)로 표시되는 화합물의 비율이 0.1 중량% 내지 15 중량%의 범위인, 액정 조성물.
  21. 청구항 19 또는 20에 있어서,
    식 (8-1) 내지 식 (8-11)로 표시되는 화합물의 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 액정 조성물.
    Figure pct00109

    Figure pct00110

    이들 식에 있어서, R8은 독립적으로, 탄소 수 1 내지 12의 알킬, 탄소 수 2 내지 12의 알켄일, 탄소 수 2 내지 12의 알킨일, 탄소 수 1 내지 11의 알콕시 또는 탄소 수의 합계가 1 내지 12인 알콕시알킬이다.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    카이랄제가, 식 (K1) ~ (K6)으로 표시되는 화합물의 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인, 액정 조성물.
    Figure pct00111

    (상기 식 중, RK는 각각 독립적으로, 수소, 할로젠, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소 수 1 ~ 20의 알킬이고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-, -COO- 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 수소는 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고;
    A는 각각 독립적으로, 방향족성의 6 ~ 8원환, 비방향족성의 3 ~ 8원환 또는, 탄소 수 9 이상의 축합 환이고, 이들 환의 적어도 하나의 수소는 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환될 수도 있고, 환의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환될 수도 있고, -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고;
    B는 각각 독립적으로, 수소, 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬, 탄소 수 1 ~ 3의 할로알킬, 방향족성의 6 ~ 8원환, 비방향족성의 3 ~ 8원환 또는, 탄소 수 9 이상의 축합 환이고, 이들 환의 적어도 하나의 수소가 할로젠, 탄소 수 1 ~ 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환될 수도 있고, 해당 알킬 중의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환될 수도 있고, -CH=는 -N=으로 치환될 수도 있고;
    Z는 각각 독립적으로, 단결합, 탄소 수 1 ~ 8의 알킬렌이고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N- 또는 -N=CH-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 수소는 할로젠으로 치환될 수도 있고;
    X는 각각 독립적으로, 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -CH2CH2-이고;
    mK는 각각 독립적으로, 1 ~ 4의 정수이다.)
  23. 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    -20℃ ~ 70℃의 어느 온도에 있어서 카이랄 네마틱 상을 나타내고, 이 온도 범위의 적어도 일부에 있어서 나선 피치가 700 nm 이하인, 액정 조성물.
  24. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물과, 중합성 모노머를 포함하는 혼합물.
  25. 청구항 24에 기재된 혼합물을 중합하여 얻어지는, 광학적으로 등방성인 액정 상에서 구동되는 소자에 사용되는 고분자/액정 복합 재료.
  26. 한쪽 또는 양쪽의 기판에 전극이 배치되고, 기판 사이에 배치된 액정 매체 및 전극을 통하여 액정 매체에 전계를 인가하는 전계 인가 수단을 구비한 소자로서, 액정 매체가 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 청구항 25에 기재된 고분자/액정 복합 재료인 광 소자.
  27. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 청구항 25에 기재된 고분자/액정 복합 재료의 광 소자에 대한 사용.
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