KR0146051B1 - 강유전성 액정 조성물 및 이를 사용하는 광학 스위칭 부재 - Google Patents

강유전성 액정 조성물 및 이를 사용하는 광학 스위칭 부재

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KR0146051B1
KR0146051B1 KR1019890011082A KR890011082A KR0146051B1 KR 0146051 B1 KR0146051 B1 KR 0146051B1 KR 1019890011082 A KR1019890011082 A KR 1019890011082A KR 890011082 A KR890011082 A KR 890011082A KR 0146051 B1 KR0146051 B1 KR 0146051B1
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노기 사다오
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Abstract

내용없음.

Description

강유전성 액정 조성물 및 이를 사용하는 광학 스위칭 부재
본 발명은 강유전성 액정 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상 전이계열이 등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상(이 순서는 스멕틱 상 없이 고온쪽에서부터 나타낸 것이다)을 나타내며 응답속도가 빠른 강유전성 액정 조성물 및 이를 사용하는 스위칭 부재(switching element)에 관한 것이다.
액정 화합물은 디스플레이 부재(display element)의 재료로서 널리 사용되며, 대부분의 액정 부재는 TN형 디스플레이 시스템이며, 액정 재료는 네마틱 상으로 존재한다.
TN형 디스플레이 시스템은 일정한 시각(visual angle)에서 디스플레이되지 않거나 응답시간이 느리다는 단점이 있는 반면, 비방출형으로 인한 미량의 전기 소모 및 시각적 피로의 완화와 같은 장점이 있다.
최근에 들어서, 이러한 시스템은 플랫 디스플레이(flat display)의 특성을 유지하면서, 특히 빠른 응답속도 및 시각의 확대가 요구되는 방향으로 개선되고 있다.
상기한 요구를 충족시키기 위해, 액정 재료를 개선시키려는 시도가 있어왔다. 그러나, 다른 방출형 디스플레이(예:전기 루미네선스 디스플레이 및 플라스마 디스플레이)와 비교했을 때, TN형 디스플레이가 응답시간이 보다 느리고 시각이 보다 좁다는 사실은 명백하다.
액정 디스플레이 부재의 특성(예:비방출형의 양태 및 소량의 전기 소모)를 유지시키면서 방출형 디스플레이의 응답시간에 상응하는 빠른 응답시간을 수득하기 위해서는, TN형 디스플레이 시스템 대신에 신규한 액정 디스플레이 시스템을 개발할 필요가 있다.
이러한 시도 중의 하나로, 강유전성 액정의 광학 스위칭 현상을 이용하는 디스플레이 시스템이 제안된 바 있다.[참조:N. A. Clark 및 S. T. Lagewall, Appl. Phys. Lett. 36, p899, 1980.]
강유전성 액정의 존재는 1975년에 처음으로 알려졌으며[참조:R.B.Mayer et al., J. Phys., 36, p69, 1975] 구조적인 관점에서, 상기한 결정은 키랄 스멕틱 C상, 키랄 스멕틱 I상, 키랄 스멕틱 F상, 키랄 스멕틱 G상 및 키랄 스멕틱 H상(이후에는 각각 SC *, SI *, SF *SG *, 및 SH *로 표기한다)에 속한다.
키랄 스멕틱 상에 있어서, 분자는 층 표면에 대해 경사지게 존재하며 나선축은 위의 층 표면에 대해 수직이다.
키랄 스멕틱 상에서, 분극이 자발적으로 수행되므로, DC 전기장을 층에 대해 평행으로 적용시킬 경우, 분자는 극성에 따라 나선축의 주위를 회전한다. 강유전성 액정의 디스플레이 부재는 상기한 스위칭 현상을 이용한 장치이다.
최근에는, 키랄 스멕틱 상 중에서도 특히 SC *상에 대해 많은 관심이 집중되고 있다.
SC *상의 스위칭 현상을 이용한 디스플레이 시스템은 또한 다음의 두 형태로 분류될 수 있다: 두 개의 편광자를 사용한 복굴절형 시스템 및 이색성 염료를 사용한 게스트/호스트형 시스템(guset/host type system).
이러한 디스플레이 시스템의 특성은 하기와 같다:
(1) 응답시간이 매우 짧다.
(2) 기억능력이 있다.
(3) 디스플레이 성능이 시각의 영향을 받지 않는다.
따라서, 위의 디스플레이 시스템은 고밀도 디스플레이를 수행할 수 있으며, 디스플레이 부재내에서 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나, 상기한 디스플레이 시스템에는 또한 해결해야 할 문제점이 많은 것도 사실이다.
SC *상의 스위칭 현상을 이용하는 디스플레이 시스템에는 예를 들어 하기와 같은 문제점이 수반된다:
(1) 층이 문자 L의 형태로 변형[이렇게 생성된 형태를 쉐브론 구조(chevron structure)라고 한다]되므로, 지그재그 결함(zigzag defect)이 형성되며;
(2) 분자의 배열이 스플레이드(splayed)형태이므로, 완전한 기억능력을 수득할 수 없고;
(3) 기억능력을 수득하기 위해, 전지의 두께를 2㎛이하로 제조할 필요가 있으나, 현재의 제작기술로는 이러한 전지를 대량 생산하기는 어렵다. 특히, (1) 및 (2)의 문제는 디스플레이의 품질이 약화되는 것을 방지하기 위해 디스플레이 부재로서 강유전성 액정 재료를 사용하는 디스플레이에 있어 해결되어야 할 문제이다.
그러나, 최근에 들어서, 씨.보리(C. Bowry)등은 위의 문제들을 해결하기 위해 새로운 방법을 제안하였다.[참조:Euro Display '87, 33(1987)].
보리 등은 Sio가 경사지게 융착된 전지를 사용하고, SC *부재로서, 상 전이계열이 ISO→ N*→ SC *(여기서, ISO는 등방성 액체를 나타내고, N*는 콜레스테릭 상을 나타낸다)인 재료로 제조하여 사용할 겨우, 문자 L의 형태를 갖는 위의 구조는 미연에 방지할 수 있으며, 따라서 지그재그 결함도 거의 발견되지 않는다는 사실을 기술하였다. 이들의 연구에 따르면, 경사지게 용착된 얇은 필름을 갖는 전지를 사용할 경우에는 우수한 기억능력이 수득된다.
따라서, 최근에는, 이러한 시스템의 강유전성 액정 재료를 사용하는 디스플레이 부재에 대한 연구가 매우 활성화되고 있는 실정이다.
그러나, 실제적으로 상 전이계열이 ISO→ N*→ SC *인 강유전성 액정 재료는 거의 드물다. 예를 들어, 본 발명의 출원인들에 의해 출원된 일본국 공개특허공보 제22889/1987호에 기술되어 있는 게스트/호스트형 디스플레이 부재에 대한 강유전성 액정 조성물은 상 전이계열이 ISO→ N*→ SC *형이므로, 이러한 액정 조성물을 보리 등이 제안한 시스템에 사용할 수 있다.
그러나, 일본국 공개특허공보 제22889/1987호에 기술되어 있는 강유전성 액정 조성물(예:실시예 4에 나타낸 강유전성 액정 조성물)의 응답시간은 매우 길며, 실용적이지 못하다.
따라서, 응답시간에 대한 추가의 개선이 크게 요구되는 실정이다.
본 발명의 제1목적은 등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상형 전이를 가지며, 실온을 포함해서 넓은 온도범위에 걸쳐 SC *상을 나타내는, 고속 응답성을 갖는 강유전성 액정 조성물 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 위의 액정 조성물을 사용하여 응답성이 우수한 광학 스위칭 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1양태에 따라, 적어도, 일반식(Ⅰ)의 화합물과 일반식(Ⅱ)의 화합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물(A), 일반식(Ⅲ)의 화합물(B), 일반식(Ⅳ)의 화합물(C) 및 일반식(Ⅴ)의 화합물(D)를 포함함을 특징으로 하는, 고속 응답성을 갖는 강유전성 액정 조성물이 제공된다:
Figure kpo00001
Figure kpo00002
Figure kpo00003
Figure kpo00004
Figure kpo00005
상기식에서,
R1및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹을 나타내며;
R3및 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내고;
R5, R6및 R7은 각각 탄소수 1내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내며; *는 비대칭 탄소원자를 나타내고;
X는
Figure kpo00006
그룹을 나타내며;
Y 및 Z는 수소원자 또는 할로겐 원자를 나타내고; n은 0내지 10의 정수를 나타낸다.
4가지 성분(A),(B),(C) 및 (D)의 총량을 기준으로 하여, 성분(A)의 비율은 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 50 내지 75중량%이며, 성분(B)의 비율은 5 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%이고, 성분(C)의 비율은 3 내지 10중량%, 바람직하게는 3 내지 7중량%이고, 성분(D)의 비율은 3 내지 20중량%, 바람직하게는 3 내지 20중량%이고, 상 전이계열은 등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상의 순서(이 순서는 고온쪽에서부터 나타낸 것이다)이다.
본 발명의 제 2양태에 따라, 적어도 위의 성분(A)와 (B)와 (C)와 (D)뿐만 아니라, 하기 일반식(Ⅵ)의 화합물인 성분(E)를 추가로 함유하는 강유전성 액정 조성물이 제공된다.
Figure kpo00007
상기식에서,
R8은 탄소수 1내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내며; R9는 탄소수 2내지 18의 알킬 그룹 또는 탄소수 1 내지 18의 알콕시 그룹을 나타내고;
*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.
성분(E)의 양은 상기한 성분(A), (B), (C) 및 (D)의 총량을 기준으로 하여 3 내지 10중량%이며, 이 성분의 상 전이 계열은 등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상의 순서(이 순서는 고온쪽에서부터 나타낸 것이다)이다.
일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅵ)에 있어서, 알킬 또는 알콕시 그룹의 탄소수는, R1및 R2에 대해서는 6내지 12, R3R4에 대해서는 4 내지 14, R5에 대해서는 5 내지 16, R6에 대해서는 5 내지 12, R7에 대해서는 6 내지 12, R8에 대해서는 3 내지 7, R9에 대해서는 4 내지 6이 바람직하다.
본 발명의 제3양태에 따라, 본 발명의 제1양태 또는 제2양태에 기술된 강유전성 액정 조성물을 사용한 광학 스위칭 부재가 제공된다.
본 발명에서 사용된 성분(A)를 구성하는 일반식(Ⅰ)의 화합물 및 일반식(Ⅱ)의 화합물은 비-키랄 화합물이나, SC상등을 나타내며, 점도가 매우 낮기 때문에, 스멕틱 상 조성물의 기본으로서 매우 유용하다. 본 발명가들은 일본국 공개특허 공보 제291679/1986호에서 상기한 조성물들의 유용성을 기술하였으나, 이들은 본 발명에서 주장하고 있는 강유전성 액정 조성물의 성분으로서도 매우 유용하다.
예를 들어, R1이 C6H13래디칼이고, R2가 C8H17래디칼인 일반식(Ⅰ)의 화합물의 상 전이온도는 Cr-26℃-SC-47℃-SA-58℃-N-65℃-ISO(여기서, N은 네마틱상을 나타낸다)이며, 이 화합물은 비교적 저온 범위에서 SC상을 나타내는 반면, R3이 C7H15래디칼이고, R4가 C8H17래디칼인 일반식(Ⅱ)의 화합물의 상 전이온도는 Cr-58℃-SC-134℃-SA-144℃ C-N-157℃-ISO이며, 이 화합물은 비교적 고온 범위에서 SC상을 나타낸다. 따라서, 일반식(Ⅰ)의 화합물을 일반식(Ⅱ)의 화합물과 혼합한 경우에, 기본 SC혼합물은 저온 범위에서 고온 범위에 이르는 넓은 온도범위에서 SC상을 나타낸다.
본 발명의 성분(A)로서 제공되는 일반식(Ⅰ)또는 일반식(Ⅱ)의 비-키랄 화합물중에서, SC상 등을 나타내는 통상적인 화합물의 예를 하기 표 1 및 2에 나타내었다:
Figure kpo00008
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
Figure kpo00013
Figure kpo00014
본 발명의 강유전성 액정 조정물의 성분으로서 사용되는 일반식(Ⅰ) 또는 일반식(Ⅱ)의 비-키랄 화합물로서는, 생성된 강유전성 액정 조성물의 S 상 온도범위를 극단적으로 좁게 하지 않는 범위 및 저점도 또는 S 상 온도를 조절할 목적의 성분으로서 사용할 경우에 S상을 갖지 않는 화합물을 사용할 수도 있으나, S상을 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
성분(B)로서 제공하는 일반식(Ⅲ)의 화합물은 본 발명의 출원인에 의해 제출된 일본국 공개특허공보 제219251.1984호에 기술되어 있는 키랄 화합물이며, 자발 분극치가 크지 않고, S상을 나타내지 않으며, 매우 높은 온도범위에서 S 상을 나타내고, 넓은 온도범위에서 콜레스테릭 상을 나타낸다(예:R 가 CHO 래디칼인 경우, Cr-81℃-S -131℃-N -175℃-I). 따라서, 성분(B)로서 제공되는 일반식(Ⅲ)의 화합물은 본 발명이 목적하는 조성물이 I→ N → S 형 상 전이를 나타내는데 매우 중요한 역할을 한다.
본 발명에 있어서, 성분(B)로서 제공되는 일반식(Ⅲ)의 화합물로서, 하기 구조식의 화합물들을 통상적으로 사용한다:
Figure kpo00015
Figure kpo00016
Figure kpo00017
Figure kpo00018
Figure kpo00019
Figure kpo00020
Figure kpo00021
Figure kpo00022
성분(C)로서 제공되는 일반식(Ⅳ)의 화합물은 예를 들어 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본국 공개특허공보 제43/1986호 및 제210056/1986호에 기술되어 있는 키랄 화합물이며, 이들 중 대부분은 성분(B)로서 제공되는 일반식(Ⅲ)의 화합물과 같이 ISO→ N*→ SC *형 상 전이를 나타내고, 높은 온도범위에서 N*상 및 SC*상을 나타내기 때문에, 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물이 ISO→ N*→ SC *형 상 전이를 나타내는데 중요한 역할을 한다.
또한, 일반적으로, 강유전성 액정 재료의 응답시간(τ), 자발 분극치(Ps) 및 점도(η)간에는 하기의 관계식이 성립한다:
Figure kpo00023
상기식에서, E는 전기장의 세기를 나타낸다. 따라서, 점도가 낮고 자발 분극치가 큰 화합물이 바람직하다. 성분(C)로서 제공되는 일반식(Ⅳ)의 화합물은 자발 분극치가 크기 때문에(약 100nC/㎠), 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물이 ISO→ N*→ SC *형-상 전이와 빠른 응답시간을 나타내는데 중요한 역할을 한다.
예를 들어, R6이 C6H13O래디칼이고, X가
Figure kpo00024
래디칼이며, Y가 -H인 일반식(Ⅳ)의 화합물의 상 전이온도는 Cr-71℃-SC *-98℃-N*-123℃-ISO이고, 자발 분극치 110nC/㎠이다(T-TC=-30℃).
또한, R6이 C8H17O 래디칼이고, X가
Figure kpo00025
래디칼이며, Y가 -F인 일반식(Ⅳ)의 화합물의 상 전이온도는 Cr-52℃-SC *-104℃-N*-109℃-ISO이고, 자발 분극치는 132nC/㎠이다(T-TC=-30℃)
오히려, SA상을 가지는 일반식(Ⅳ)의 화합물의 양이 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물의 상 전이계열(ISO→ N*→ SC *형)에 악영향을 미치지 않는 범위인 경우에는, 빠른 응답속도를 나타내기 위해 상기한 화합물을 혼화 성분으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 성분(C)로서 제공되는 일반식(Ⅳ)의 화합물로서, 통상적으로 하기 구조식의 화합물들을 사용할 수 있다:
Figure kpo00026
Figure kpo00027
Figure kpo00028
Figure kpo00029
Figure kpo00030
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Figure kpo00045
Figure kpo00046
Figure kpo00047
Figure kpo00048
Figure kpo00049
Figure kpo00050
성분(D)로서 제공되는 일반식(Ⅴ)의 화합물은 예를 들어 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본국 공개특허공보 제169765/1987호에 기술되어 있는 키랄 화합물이며, 점도가 낮고, SC *상의 온도범위가 매우 낮은 온도범위이며, 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물에서 SC상의 하한을 저하시키는데 중요한 역할을 한다. 예를 들어, R7이 C8H17래디칼이고, Z가 -F이며, n이 5인 일반식(Ⅴ)의 화합물의 상 전이 온도는 Cr-10℃-SC *-33℃-SA-43℃-ISO이며, R7이 C9H18래디칼이고, Z가 -H이며, n이 4인 일반식(Ⅴ)의 화합물의 상 전이 온도는 Cr-10℃-SC *-47℃-SA-59℃-ISO이다.
성분(D)로서 제공되는 일반식(Ⅴ)의 화합물로서, 통상적으로 하기 구조식의 화합물들을 예시할 수 있다.
Figure kpo00051
Figure kpo00052
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Figure kpo00070
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Figure kpo00077
Figure kpo00078
Figure kpo00079
본 발명은, 성분(E)를 추후에 추가로 혼입시키는 경우, 상기한 성분(A), (B), (C) 및 (D)와 혼합하므로써 달성할 수 있으며, 이리하여 응답성이 개선된 매우 실용적인 강유전성 액정 조성물을 수득할 수 있다.
성분(E)로서 제공되는 일반식(Ⅵ)의 화합물은 예를 들어 일본국 공개특허공보 제103,977/1987호에 기술되어 있는 키랄 화합물이며, 성분(B)로서 제공되는 일반식(Ⅲ)의 화합물과 같이 ISO→ N*→ SC *형 상 전이를 나타내고, N*상 및 SC *상은 높은 온도범위를 갖는다. 또한, 이 화합물은 자발 분극치가 매우 크므로(약 300nC/㎠) 본 발명이 목적하는 강유전성 조성물에 있어서, ISO→ N*→ SC *형 상 전이를 나타내며, 이와 동시에 빠른 응답속도를 나타내는데 중요한 역할을 한다[예:R8이 C6H13O 래디칼이고, R9가 -OCH4H9래디칼인 경우, 상 전이온도는 Cr-88℃-SC *-104℃-N-113℃-ISO이며, 자발 분극치는 378nC/㎠이다(T-TC=-10℃)].
일반식(Ⅵ)의 화합물로서, 성분(A)로서 제공되는 일반식(Ⅰ) 또는 일반식(Ⅱ)의 화합물과 혼화할 수 있는, SC *상을 갖는 일반식(Ⅵ)의 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이들이 SC *상을 갖지 않을지라도, 이들을 성분(A)와 혼합할 경우에는 SC *상 및 N*상이 보다 넓은 온도범위에 걸쳐 나타난다.
따라서, SC *상을 나타내지 않는 화합물도 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물에 사용할 수 있다. 성분(E)로서 제공되는 통상적인 일반식(Ⅵ)의 화합물에는 다음과 같은 것들이 있다:
Figure kpo00080
Figure kpo00081
Figure kpo00082
Figure kpo00083
Figure kpo00084
Figure kpo00085
Figure kpo00086
Figure kpo00087
Figure kpo00088
제조된 성분(A),(B),(C),(D) 및 (E)의 특성을 최대로 이용하여 목적하는 특성을 갖는 액정 조성물을 수득하기 위해, 성분(A),(B),(C),(D) 및 (E)의 비율에 대해 여러 가지 방법으로 연구해왔으며, 앞서 기술한 바와 같이, 본 발명이 완료되는데 요구되는 성분(A),(B),(C) 및 (D)의 총량을 기준으로 하여, 성분(A)가 20내지 80중량%, 성분(B)가 5 내지 30중량%, 성분(C)가 3 내지 10중량%, 성분(D)가 3 내지 20중량% 및 성분(E)가 3 내지 10중량%로 되도록 하는 양으로 사용하는 것이 적합한 것으로 밝혀졌다.
성분 (A),(B),(C),(D) 및 (E)의 사용량이 위의 하한 미만일 경우, 성분(A),(B),(C),(D) 및 (E)의 혼합 효과는 충분하지 않다.
성분(A)에 있어서, 이는 점도가 매우 낮으나, 기본 Sm혼합물로서 사용할 수 있으며, 성분(A)의 사용량이 조성물 중 80중량%를 초과할 경우에는, 키랄 화합물의 사용량은 상대적으로 감소하게 될 것이고, 자발 분극치가 감소할 것이며, 응답시간에 악영향을 미칠 것이다.
성분(B)에 있어서, 이는 매우 넓은 범위에 걸쳐 콜레스테릭 상을 나타내나, 이의 양이 조성물중 30중량%를 초과할 경우, 조성물의 점도는 크게 증가할 것이며, 응답시간에 악영향을 미칠 것이다..
성분(C)에 있어서, 성분(C)로서 제공되는 다수의 화합물들은 ISO→ N*→ SC *상 전이를 나타내며, 몇몇은 SA상을 나타내고, 성분(C)는 조성물의 점도를 증가시키기 때문에, 응답시간에 악영향을 미치며, 성분(C)의 비율의 상한은 10중량%이다.
성분(D)에 있어서, 성분(C)는 점도가 낮으며 성분(D)이 SC상의 온도범위가 저온에까지 연장되나, 성분(D)가 SA상을 가지기 때문에, 성분(D)의 비율은 20중량%이하이다.
성분(E)에 있어서, 성분(E)가 고온 범위에서 N*상 및 SC *상을 가지며, 자발 분극치가 매우 크나, 성분(E)의 사용량이 성분(A),(B),(C) 및 (D)의 총량을 기준으로 하여 10중량%를 초과할 경우, 조성물의 점도는 크게 증가할 것이며, 응답시간에 악영향을 미치므로, 성분(E)의 사용량의 상한은 10중량%이다.
본 발명의 액정 조성물을 기본 조성물로서 사용할 경우, 지그재그 결함이 전혀 없으며, 우수한 배향 특성을 나타내고, 빠른 응답속도를 가지는 강유전성 액정 재료를 수득할 수 있으며, 이러한 액정 재료를 사용할 경우, 컨트라스트(contrast)우수하고, 기억능력이 우수하며, 응답 속도가 빠른 액정 부재를 수득할 수 있다.
본 발명의 강유전성 액정 조성물의 독특한 용도로서, 고속 액정 셔터(shutter) 및 고해상력 액정 디스플레이를 예로 들 수 있다.
[실시예]
이제, 본 발명을 다음의 실시예를 참고하여 보다 상세히 기술할 것이나, 본 발명을 실시예로 제한하려는 것은 아니다.
본 발명에 있어서의 각종 측정방법은 아래에 나타낸 방법에 따라 수행한다.
자발 분극치(PS)는 소야-타워(Sawyer-Tower)방법에 따라 측정하고, 경사각(θ)은 우선 균등하게 배향된 전지에 임계전기장보다 충분히 큰 전기장을 인가시키고, 나선구조를 소멸시킨 후, 극성을 반전시키고, 흡광위치의 이동각(2θ에 상응하는)을 직교 니콜(nicol)하에서 측정하므로서 검지한다.
응답시간은, 각각의 조성물을 전극 간격이 2㎛인, 배향처리된 전지내에 주입시키고, Vpp가 20V 및 1KHz인 장방형파의 인가시 투과광 세기의 변화치를 측정하므로서 검지한다.
SC *피치(pitch)는 두께가 약 200㎛인 배향처리된 전지를 사용하므로써 편광현미경하에서 나선 피치에 상응하는 스트립핑 라인(striped line)(비키랄화 라인)간의 각각의 간격을 직접 측정하므로써 검지한다.
N*피치는, 웨지형 전지를 사용함으로써 편광 현미경하에서 라인 결함[탈경사 라인(disclination line)]간의 간격(ℓ)을 측정하므로써, 하기의 이론적인 관계식을 기준으로 하여 간접적으로 검지한다:
P(피치)=2ℓ tanθ
상기식에서, θ는 웨지형 전지의 경사각을 나타낸다.
몇몇 실시예에 있어서, 조성물이 일반식(Ⅰ)내지 (Ⅵ)의 화합물 뿐만 아니라, N*상 또는 SC *상의 필치를 연장시키는 다른 화합물도 함유할 수 있으나, 이러한 화합물은 본 발명이 목적하는 강유전성 액정 조성물의 성질을 손상시키지 않기 때문에, 상기 화합물을 혼화시키는데 거의 문제가 없다.
[실시예 1]
일반식(Ⅰ)내지 (Ⅴ)의 화합물을 다음 구조식의 강유전성 액정 조정물을 제조하는데 사용한다:
Figure kpo00089
Figure kpo00090
Figure kpo00091
Figure kpo00092
Figure kpo00093
Figure kpo00094
Figure kpo00096
Figure kpo00097
Figure kpo00098
Figure kpo00099
Figure kpo00100
상기한 강유전성 액정 조성물의 상전이온도는 다음과 같다:
Figure kpo00101
25℃에서, Ps는 5nC/㎠이고, 경사각은 35°이며, 응답시간은 660μsec이다. N*상의 피치는 73℃에서 18㎛이고, SC *상의 피치는 25℃에서 6㎛이다.
배향특성은 매우 우수하며, 조성물을 Sio를 경사 용착시키고, 두께가 2㎛인 투명 전극을 가지는 전지에 주입시킬 경우, 결함이 모두 해소된 일정한 배향을 수득할 수 있으며, 컨트라스트가 매우 우수한(1:20이상) 액정 부재를 수득할 수 있다.
위로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 일반식(Ⅰ)의 화합물 내지 일반식(Ⅴ)의 화합물을 혼합시킴으로써, 실온을 포함한 넓은 온도범위에 걸쳐 SC *상을 나타내고, ISO→ N*→ SC형상 전이계열과 빠른 응답성을 가지는 강유전성 액정 조성물을 수득할 수 있다는 사실이 본 발명에 의해 밝혀졌다.
[실시예 2]
일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅵ)의 화합물을 다음과 같은 조성의 강유전성 액정 조성물을 제조하는데 사용할 수 있다:
Figure kpo00102
Figure kpo00103
Figure kpo00104
Figure kpo00105
Figure kpo00106
Figure kpo00107
Figure kpo00108
Figure kpo00109
Figure kpo00110
Figure kpo00111
Figure kpo00112
위의 강유전성 액정조성물의 상 전이온도는 다음과 같다:
Figure kpo00113
25℃에서, Ps는 17nc/㎠이고, 경사각은 32°이며, 응답시간은 190μsec이다. 또한, N*상의 나선 피치는 71℃에서 32㎛이고, SC *상의 피치는 25℃에서 10㎛이다.
배향특성은 매우 우수하며, 조성물을, 실시예 1에서 사용한 전지와 같이 두께가 2㎛인 투명 전극을 가지는 전지에 주입시킬 경우, 결함이 모두 해소된 일정한 배향을 수득할 수 있으며, 컨트라스트가 매우 우수한(1:20이상) 액정 부재를 수득할 수 있다.
위로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라, 성분(E)로서 제공되는(Ⅵ)의 화합물을, 성분(A),(B),(C) 및 (D)로서 제공되는 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅴ)의 화합물들의 혼합물에 가하므로써, ISO→ N*→ SC *형 상 전이계열을 나타내며 응답시간이 상당히 개선되어 고속 응답성을 나타내는 강유전성 액정 조성물을 수득할 수 있다는 사실이 본 발명에 의해 밝혀졌다.
[실시예 3 내지 9]
실시예 1 또는 실시예 2에서와 동일한 방법으로, 표 3[여기서, (S)는 절대배치를 나타낸다]에 나타낸 조성을 갖는 액정 조성물을 제조 및 측정한다. 실시예 3 내지 실시예 9에 의해 수득된 액정 조성물의 특성을 표 4에 나타내었다:
Figure kpo00114
Figure kpo00115
Figure kpo00116

Claims (12)

  1. 일반식(Ⅰ)의 화합물과 일반식(Ⅱ)의 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 화합물(A) 20 내지 80중량%; 일반식(Ⅲ)의 화합물(B) 5 내지 30중량%;
    일반식(Ⅳ)의 화합물(C) 3 SOWL 10중량%; 및 일반식(Ⅴ)의 화합물(D) 3 내지 20중량%를 포함하며(상기 중량%는 4가지 성분(A),(B),(C) 및 (D)의 총량을 기준으로 한다), 상 전이계열 순서가 고온쪽으로부터 등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상임을 특징으로 하는, 고속 응답성을 갖는 강유전성 액정 조성물.
    Figure kpo00117
    Figure kpo00118
    Figure kpo00119
    Figure kpo00120
    Figure kpo00121
    상기식에서, R1및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹을 나타내며; R3및 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내고; R5, R6및 R7은 각각 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내며; *는 비대칭 탄소원자를 나타내고;
    X는
    Figure kpo00122
    또는
    Figure kpo00123
    그룹을 나타내며; Y및 Z는 수소원자 또는 할로겐 원자를 나타내고; n은 0내지 10의 정수를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 성분(A)가 구조식
    Figure kpo00124
    Figure kpo00125
    Figure kpo00126
    Figure kpo00127
    Figure kpo00128
    Figure kpo00129
    Figure kpo00130
    의 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 상의 화합물인 강유전성 액정 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 성분(B)가 구조식
    Figure kpo00131
    Figure kpo00132
    의 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 화합물인 강유전성 액정 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 성분(C)가 구조식
    Figure kpo00133
    Figure kpo00134
    의 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 화합물인 강유전성 액정 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 성분(D)가 구조식
    Figure kpo00135
    Figure kpo00136
    의 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 화합물인 강유전성 액정 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 성분(A)의 비율이 50 내지 75중량%이고, 성분(B)의 비율이 10내지 30중량%이며, 성분(C)의 비율이 3 내지 7중량%이고, 성분(D)의 비율이 3 내지 20중량%인 강유전성 액정 조성물.
  7. 제1항에 있어서, R1및 R2의 탄소수가 6 내지 12이고 R3및 R4의 탄소수가 4내지 14이며, R5의 탄소수가 5 내지 16이고, R6의 탄소수가 5 내지 12이며, R7의 탄소수가 6 내지 12인 강유전성 액정 조성물.
  8. 제1항에서 청구한 강유전성 액정 조성물을 사용하는 광학 스위칭 부재(optical switching element).
  9. 제1항에서 정의한 성분(A),(B),(C) 및 (D)와 다음과 같은 일반식(Ⅵ)의 화합물인 성분(E) 3 내지 10중량%를 포함하며(상기 중량%는 4가지 성분(A),(B),(C) 및 (D)의 총량을 기준으로 한다), 상 전이계열의 순서가 고온쪽으로부터
    등방성 액체 → 콜레스테릭 상 → 키랄 스멕틱 C상
    임을 특징으로 하는 강유전성 액정 조성물.
    Figure kpo00137
    상기식에서, R8은 탄소수 1내지 18의 알킬 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내며;
    R9는 탄소수 2내지 18의 알킬 그룹 또는 탄소수 1내 18의 알콕시 그룹을 나타내고; *는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.
  10. 제9항에 있어서, 성분(E)가 구조식
    Figure kpo00138
    의 화합물인 강유전성 액정 조성물.
  11. 제9항에 있어서, R8의 탄소수가 3 내지 7이며, R9의 탄소수가 4내지 6인 강유전성 액정 조성물.
  12. 제9항에서 청구한 강유전성 액정 조성물을 사용하는 광학 스위칭 부재.
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