KR100300952B1 - 고분자분산액정복합체및이를사용한액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 분산 액정 복합체 및 이를 사용한 액정표시소자에 관한 것이다. 액정물질 및 고분자 재료를 포함하여 이루어지는 고분자 분산 액정 복합체에 있어서 상기 고분자 재료는 올리고머, 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어지며, 상기 모노머는 상기 고분자 재료의 양을 기준으로 하여 작용기가 3개 이상인 모노머 5-15 중량%, 작용기가 2개인 모노머 10중량% 이하, 및 작용기가 1개인 모노머 70-80 중량%를 포함하여 이루어진 고분자 분산 액정 복합체를 경화하여 제조된 액정층을 갖는 액정표시소자는 열팽창의 조절이 가능하여 고온에서도 콘트라스트의 저하 및 변화가 적은 것으로서 품위가 향상된 것이다.

Description

[발명의 명칭]

고분자 분산 액정 복합체 및 이를 사용한 액정표시장치

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 고분자 분산 액정 복합체 및 이를 사용한 액정표시장치에 관한 것으로서, 상세하게는 고분자/액정 복합체(polymer/liquid crystal composite)의 열변형 특성을 개선시킬 수 있는 고분자 분산 액정 복합체 및 이를 사용하는 것에 의해 품위가 향상된 액정표시소자에 관한 것이다.

현재 액정 표시소자의 주류를 이루고 있는 TN(Twisted Nematic)이나 STN(Super Twisted Nematic)형 액정물질을 이응한 액정표시소자는 편광판을 사용하기 때문에 광의 이용 효율이 적어 콘트라스트가 낮고, 표면 배향이 필요한데, 화소 밀도가 높아지면 TFT(Thin Film Transistor) 소자 주위의 배향처리가 어려워지게 되며, 시야각이 20°내외로 좁다는 문제가 있다. 이에 따라 편광판을 사용하지 않고 광의 투과, 산란 모드를 표시소자에 적용하려는 노력이 많이 시도되었다. 이러한 노력의 결과로서 투명 고분자 수지에 액정을 분산시킨 광산란 모드의 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)나 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)가 등장하게 되었다.

미국 특허 제4,435,047호에서는 젤라틴이나 아라비아 고무, 또는 폴리비닐알콜 수용액 중에 액정을 고르게 분산시켜 액정재료를 제조한 후, 이를 전도성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)가 코팅되어 있는 유리판이나 폴리에스테르 필름의 기판상에 5-20㎛ 두께로 균일하게 코팅한 뒤, 물을 증발시키고, 그 상부에 ITO 코팅된 또 가른 유리판이나 폴리에스테르 필름의 기판을 접착시켜 제조한 PDLC형 소자를 개시하고 있다.

고분자 분산형 액정 복합체의 보다 발전된 제조방법으로는 고분자와 액정 모노머의 용해도 차이를 이용하여 상분리(phase separation)하는 것이 있다 (미국특허 제4,688,900호 및 제4,685,771호). 이는 투명 고분자 수지의 모노머 또는 올리고머에 액정 모노머를 용해시킨 뒤 자외선을 조사하거나 열을 가하면 중합반응이 진행됨에 따라 액정 모노머의 용해도가 점점 감소하여 액정 모노머가 고분자 수지내에 구적(droplet) 형태로 석출되는 원리를 이용하여 제조하는 것이다.

PDLC를 제조하는 또 다른 방법으로는 액정과 고분자를 동시에 용해시킬 수 있는 용매에 고분자와 액정을 녹인후 용매를 증발시켜 제조하는 것이 있는데, 이 때는 용매의 용해도와 증발 속도에 따라 PDLC의 물성을 조절할 수 있다는 특징이 있다.

또한 고분자와 액정을 고온으로 가열하여 완전히 녹인 후 냉각 속도를 조절하면서 냉각하여 제조하는 방법도 있다. 이 방법에 의하면 PDLC 또는 PNLC 필름이 제조된다.

PDLC에 있어서는 고분자가 연속상이고 액정이 구적을 형성하게 된다. 반면에, PNLC에 있어서는 액정이 연속상이고 고분자가 가교된 3차원적 그물 모양의 구조를 차지며 액정과 고분자의 굴절률 의존성이 크지 않다는 점에서 PDLC와는 동작원리가 다르며(일본 특허 공보 평1-198725), 일반적으로 구동전압도 PDLC 보다 낮게 나타난다.

상기한 광산란 모드에 있어서의 PDLC형 소자의 동작원리는, 전계를 인가하지 않으면 액정과 고분자의 굴절율이 일치하지 않기 때문에 입사광이 산란되어 셀이 불투명하게 나타나고 전계를 인가하면 액정이 전계 방향으로 배열하여 셀이 투명하게 나타난다는 것이다. 즉, 광의 산란 및 투과를 이용하는 것에 의해 동작되고 편광판을 사용하지 않기 때문에, 기존 액정표시소자 보다 광의 이용 효율이 높아 휘도가 높으며 시야각이 넓은 조광표시가 가능하게 된다. 이러한 PDLC를 이용하여 고휘도, 광(廣)시야각 및 빠른 응답성을 갖는 프로젝터, OHP(overhead projector) 투사장치, 콘트롤보드, 뷰파인더등의 직시형 디스플레이에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 새로운 디스플레이로 적용하는 데에는 아직도 개선해야할 점이 많이 있다. 예컨대 6볼트 이하로의 저전압 구동, 콘트라스트의 향상, 히스테리시스의 향상, 빠른 응답속도, 기판과의 우수한 접착력 및 전압유지율(VHR)의 개선이 계속적으로 요구됨과 아울러 디스플레이로 응용되었을 때의 열안정성, 구동 특성의 장기적 신뢰성등과 함께 재료의 내구성이 요구되고 있다. 이들중 특히 PDLC 재료의 구동전압, 콘트란스트 구동특성의 열안정성 등이 크게 요구되고 있다.

그런데 기존의 TN, STN 디스플레이에서와 같이 편광판과 복굴절을 이용하는 모드에서와는 달리 PDLC는 고분자와 액정의 복합체로서 광산란 특성을 이용한 것인데, 광산란 특성은 온도 변화에 매우 민감하다는 문제가 있다. 특히 온도 증가에 따라 액정의 굴절율 이방성이 감소하게 되면 이것이 그대로 광산란 정도에 영향을 주어 콘트라스트가 감소하게 되고, 고분자의 열변형으로 인해 구동 특성에 좋지 않은 영향을 주게 된다.

온도의 증가와 소자특성 저하와의 상관 관계를 더욱 상세히 알아보기로 한다.

소자용으로 사용하기 위해서는 특히 0-50℃ 범위에서 온도에 그다지 영향을 받지 않고 안정하게 구동되어야 하는데, 온도가 올라감에 따라 콘트라스트는 감소하고 구동전압이 증가하는 경향이 나타나고 이것은 소자의 신뢰성을 크게 저하시키는 요인이 되고 있다. 특히 프로젝션 디스플레이의 경우, 투사 램프에서 나오는 고온의 빛으로 인하여 판넬의 온도가 거의 35-45℃ 정도로 유지되고 있기 때문에 PDLC 재료의 열안정성이 매우 시급하게 요구되고 있으나, 현재로서는 이 문제를 해결하지 못하여 콘트라스트가 심각하게 저하되고 있다. 특히 온도가 상승할 경우, 액정의 굴절율 이방성이 감소하는 동시에 고분자와 액정의 굴절율의 미스매치 정도 차이가 줄어들기 때문에, 판넬의 콘트라스트 저하는 피할 수 없게 된다.

이를 온도별로 자세히 살펴보면, 10℃ 이하에서는 고분자가 열변형하여 수축하게 되므로 액정 구적의 크기가 커지게 되는데, 이에 따라 광산란 저하가 일어나게 된다. 온도가 증가하여 10-30℃ 범위가 되면 고분자가 팽창함에 따라 액정 구적의 크기가 감소하게 되므로, 콘트라스트는 증가하나 구동전압이 상승하는 상쇄 현상(trade off)이 나타나고, 온도가 30-50℃ 이상으로 더욱 증가하면 구동전압이 증가함과 동시에 액정의 굴절률 이방성이 감소되어 콘트라스트가 다시 저하되는 현상이 나타난다.

이러한 온도에 따른 판넬의 콘트라스트 저하 또는 변화는 판넬의 동작 불량발생 및 표시품위 저하의 요인이 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같이 광산란 모드형에 적용되는 고분자/액정 복합체가 가지고 있는 제반 문제점들을 감안하여 구동 특성의 열안정성을 개선시킬 수 있는 고분자 분산 액정 복합체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 고분자 분산 액정 복합체를 사용하여 제조하는 것에 의해 특히 열안정성이 개선되어 고온에서도 콘트라스트가 우수하며 품위가 향상된 액정표시소자를 제공하고자 하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 액정물질 및 고분자 재료를 포함하여 이루어지는 고분자 분산 액정 복합체에 있어서, 상기, 고분자 재료는 올리고머, 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어지며, 상기 모노머는 상기 고분자 재료의 양을 기준으로 하여 작용기가 3개 이상인 모노머 5-15 중량%, 작용기가 2개인 모노너 10중량%이하, 및 작용기가 1개인 모노머 70-80중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체를 제공한다.

상기한 본 발명의 다른 목적은 한 쌍의 기판과 상기 각 기판의 상부에 형성된 한 쌍의 투명전극 및 상기 투명전극 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정표시 소자에 있어서, 상기 액정층이 ① 액정물질, ② 올리고머, 및 고분자 재료의 양을 기준으로 하여 작용기가 3개 이상인 모노머 5-15 중량%, 작용기가 2개인 모노머 10 중량% 이하, 및 작용기가 1개인 모노머 7O-80 중량%를 포함하여 이루어진 모노머, 및 광개시제를 포함하는 고분자 재료를 포함하여 이루어지는 고분자 분산 액정 복합체를 경화하여 제조된 것임을 특징으로 하는 액정료시소자에 의해 달성된다.

특히 상기 액정물질과 고분자 재료의 함량비는 중량%로 70:30 내지 80:20인 것이 바람직하다.

또한 상기 액정표시소자에 있어서 액정층의 열팽창율은 10-50℃ 온도 범위에서 10㎛/m℃ 이하인 것이 바람직하며, 이는 연속상 또는 구적(droplet) 구조중 어느것이 라도 가질수 있다.

상기 액정충을 이루는 물질인 고분자/액정 복합체근 먼저, 미경화된 고분자 전구체인 고분자 재료와 액정물질을 혼합하고 자외선 또는 열중합에 의해 고분자를 경화시켜, 용해도가 감소함에 따라 고분자와 액정이 상분리 되는 것을 이용하여 제조하는데, 이렇게 제조된 복합체는 전압 인가시에는 투명하고 무인가시에는 광산란이 야기되어 불투명하게 된다.

상기와 같이 제조된 고분자/액정 복합체가 광변조 장치에 적용될 때는 장치의 사용온도 범위에서 광산란 광투과 현상이 크게 변하지 않아야 하는데 실제로는 전술한 바와 같이 광산란, 광투과 특성이 온도에 따라 변하게 된다. 이러한 고분자/액정 복합체의 온도 특성 변화가 특히 디스플레이에서 구동전압, 응답속도, 콘트라스트, 히스테리시스등에 영향을 끼치는 점을 감안하여, 본 발명자 등은 장치의 사용온도 범위에서 이러한 구동 특성 변화가 작게 되도록 하는 고분자/액정 복합체의 제조를 위하여 연구하던중 본 발명에 이르게 된 것이다.

먼저, 고분자/액정 복합체의 온도에 따른 특성을 이의 구성성분과 함께 자세히 살펴보면 다음과 같다. 온도가 증가하면 고분자가 열팽창하게 되는데 이 때 열팽창 계수(선팽창 계수)는 대개 30㎛/m℃ 범위에서 변하게 된다. 고분자/액정 복합체의 열팽창은 고분자 단독물질의 경우 보다는 작은데, 이는 고분자/액정 복합체에 포함된 액정의 열변형율이 작기 때문에 액정에 의해 고분자/액정 복합체의 열팽창율이 저하되기 때문이다. 고분자/액정 복합체는 온도가 증가함에 따라 고분자의 팽창으로 액정 구적의 크기가 줄어 들게 된다. 액정구적의 크기는 0-50℃ 범위에서 약 2㎛ 정도 변하게 되는데, 이것이 구동전압 상승과 응답속도 감소, 히스테리시스 감소의 요인이 된다.

고분자/액정 복합체가 열안정성을 갖도록 하기 위해서는 고분자/액정 복합체의 열팽창을 조절할 수 있어야 하는데, 크게 다음과 같은 세가지 방법이 있다.

첫째, 고분자 재료의 유리전이 온도를 높여 열팽창율을 조절하는 방법이 있다. 즉, 고분자 재료가 장치의 사용온도 보다 높은 유리전이 온도를 갖게 한다는 것인데, 이는 유리 전이 온도가 장치의 사용 온도보다 높으면 사용 온도에서는 열팽창이 적기 때문이다. 유리 전이 온도는 고분자의 결정성을 증가시키면 증가하게 되는데, 결정성이 너무 증가하면 온도강하시 재결정에 의한 열변형이 심하므로 무조건 결정성만 증가시켜서는 안되고 적절하게 조절해야 한다. 또한 유리 전이 온도가 너무 높은 물질은 액정과의 상용성, 용매와의 상용성 등이 나쁘기 때문에 약 30-50℃ 정도의 유리 전이 온도를 갖는 물질이 좋다.

둘째, 고분자 재료와 액정물질과의 함량비를 적절히 선택하는 방법이 있다. 고분자/액정 복합체 내에서 고분자의 한량이 증가할수록 열팽창율은 감소한다. 그러나 액정의 함량이 너무 적어지면 구동전압이 상승하기 때문에 고분자의 양을 무조건 증가시킬 수는 없고 최적 조성을 선정하는 것이 필요하다.

마지막으로 고분자/액정 복합체 내에 있는 고분자의 가교도를 조절함으로써 열팽창율을 조절할 수 있다. 특히 고분자 재료의 경화 정도가 열팽창 정도를 결정하게 되는데, 모노머의 가교도가 높은 재료가(대개 작용기 3-6개) 열팽창율이 적으나 모노머의 작용기가 3개 이상일 경두에는 모노머의 점도가 높아 고분자와 액정의 용해도가 감소되므로 작용기가 너무 많은 건은 사용하지 않는 것이 바람직하다. 작용기 2개인 모노머는 중합속도를 빠르게 해주는 겄인데, 중합속도가 너무 빠르면 구동 전압이 높아지므로 적절한 한량 조절이 필요하다. 또한 모노머의 작용기가 1개인 것은, 온도에 따른 열팽창 특성은 좋지 않으나 올리고머의 점도 조절을 위해 첨가할 필요가 있다. 따라서 모노머중에 가교도가 높은것으로서 액정과의 상용성등을 고려하여 작용기가 3개 이상, 바람직하게는 3-4개인 모노머를 가교 조절용으로 첨가하여 고분자의 열팽창을 조절하고, 작용기가 1-2개인 것은 중합반응 속도 및 점도조절용으로 사용하도록 한다. 모노머중 작용기가 3-4개인 것의 함량은 고분자 재료에 대해 5-15% 정도, 2개인 것은 10%이하, 작용기가 1개인 것은 70-80%가 되도록 하는 것이 바란직하다.

본 발명에서는 상기와 같이 고분자의 열팽창을 조절하기 위해 고분자/액정 복합체의 제조를 위한 출발 재료의 함량 조절과 고분자의 가교도를 조절하는 방법을 적용하여 된 것이다.

본 발명에서 사용되는 고분자 재료인 올리고머, 모노머 등은 밀도가 1.0g/㎤ 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0-1.2g/㎤ 범위일 것으로 한다. 이는 고분자 재료의 밀도가 클수록 온도 변화에 따른 열팽창이 적기 때문이다.

본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합체를 사용하여 바람직하게 제조된 고분자/액정 복합체로 이루어지는 액정층의 열팽창율은 10-50℃의 범위에서 100㎛/m℃ 이하가 된다.

결국, 본 발명에서는 고분자/액정 복합체의 열변형 특성을 조절하기 위해 고분자와 액정의 함량을 적절히 조절하는 동시에, 고분자 재료와 가교도를 조절하는 것에 의해 열팽창율을 조절한 것이다. 고분자 재료의 가교도는 1개 2개 3개 이상의 반응성 작용기를 가진 모노머의 함량 비율을 적절하게 조절하면서 밀도가 크고 열안정성이 좋은 방향족 우레탄 아크릴레이트 및/또는 에폭시 우레탄 아크릴레이트로 되는 올리고머를 적절하게 사용하는 것으로 조절하였다.

고분자/액정의 복합체는 고분자의 함량과 고분자 재료의 가교도가 증가할수록 열팽창율이 감조하게 된다. 또 밀도가 높은 고분자 재료는 열팽창율이 약 5-100㎛/m℃m 정도로 변하나, 밀도가 높은 재료가 구동 특성도 반드시 좋은 것은 아니므로 가급적 밀도가 높으면서 구동 특성도 좋은 재료를 선정하도록 한다.

액정 물질과 고분자 재료를 균일하게 혼합하여 얻어지는 본 발명의 고분자 분산 액정 복합체를 투명전극이 코팅, 형성되어 있는 두장의 기판 사이에 주입하고 경화시켜 액정층을 형성하게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 고분자 분산 액정 복합체 및 이를 채용한 액정표시소자의 제조공정을 상세히 설명하기로 한다.

기판은 투과율이 85% 이상이고 면적저항이 30Ω/□이하인 유리판을 사용하로, 기판상에 구비되는 투명 전극은 170를 코팅한 것으로 하였다.

셀 간격을 일정하게 유지시켜 주기 위해 사용하는 스페이서로는 통상적인 알루미나, 봉형 글라스파이버(rod type glass fiber), 글라스비드, 폴리머 비드, 마이크로펄 등이 사용될 수 있다.

자외선 중합형 올리고머로는 방향족 우레탄 아크릴레이트(예컨대, 사토머사, CN970, CN971 등), 에폭시 아크릴레이트(예컨대, CN103, CN104, C114 등)의 유도체 등이 사용될 수 있다. 지방족 우레탄 아크릴레이트는 일반적으로 유리전이 온도가 낮고 연신율이 커서 온도가 증가하면 유연성이 증가하므로 사용하지 않는 것이 좋다.

자외선 중합형 모노머로서 작용기가 1개인 것으로는 테트라-히드로프로필 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2(2-에톡시)에틸 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 글리시딜메타 아크릴레이트, 벤질아크릴레이트등이 바란직하게 사용될 수 있다. 그리고 작용기가 2개인 모노머로는 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라-에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 부틸렌글리콜 디아크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜 디아크릴레이트, 헥사메틸렌글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트등이 바람직하게 사용될 수 있으며, 작용기가 3개 이상인 모노머로는 트리스(2-하이드록시에틸) 이소시아뉴레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 등의 다작용기 아크릴레이트 유도체가 사용될 수 있다.

자외선 중합용 광개시제로는 벤질디메틸케탈(Esacure KBI). Esacure KB6O, 벤조인 노말부틸에테르 혼합물(Esacure EB3), 알파-하이드록시케톤/TPGDA 용액(Esacure KIP) 등이(이상 사토머사제) 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용하는 고분자 재료는, PIPS(Polymerization Induced Phase Separation)법으로 제조할 경우 크게 자외선 중합용 올리고머, 모노머 및 개시제로 나누어질 수 있다. 고분자/액정 복합체 제조시 고분자와 액정의 함량비는 고분자/액정 복합체의 열변형 특성을 고려할 때 고분자와 액정의 중량비로서 30:70에서 20:80 사이의 조성을 갖는 것이 좋다. 상기 중량비가 20:80인 경우가 더욱 바람직하여 좋은 광산란 특성을 나타낸다. 참고로, 고분자/액정의 함량이 5% 정도 변하면 이 때의 열팽창은 약 100㎛/m℃ 정도 변한다.

고분자/액정 복합체 제조시 올리고머의 점도가 높을 경우에는 저점도의 아크릴레이트 모노머를 혼합하여 사용해도 좋으며, 이 때 자외선 중합시의 제조온도는 Tc 이하인 것이 좋다.

본 발명에서 사용되는 액정 물질은 시안계 또는 불소계 액정물질이 바람직하며 여기에 이색성 색소를 혼합하여 사용하면 더욱 우수한 콘트라스트 효과를 얻을 수 있게 된다.

자외선 경화의 경우에는 모노머와 올리고머를 혼합한 후 자외선으로 1에서 30분 정도 경화시키는 것이 좋다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

자외선 중합용 올리고머로서 CN970 우레탄아크릴레이트(사토머사), 모노머로서 에틸헥실아크릴레이트 및 펜타에리쓰리톨 테트라-아크릴레이트를 15:75:10의 중량비로 혼합한 혼합액 20 중량%, 광개시제인 벤질디메틸케탈(사토머사, Esacure KBI)을 2중량% 혼합하여 고분자 재료 22중량%를 준비한다. 여기에 액정물질 TL205(Merck사) 78중량%를 가하여 혼합한다. 전체 조성물을 균일하게 혼합하여 액정재료를 얻고, 이를 스페이서를 사용하여 두께 10㎛로 조절한 투과율 86%, 면적저항 30Ω/□인 두 매의 ITO 코팅된 유리판 사이에 주입한다. 주입이 완료되면 365nm의 파장을 가진 자외선을 30mW/㎠의 세기로 3분간 조사시켜 광경화시키면 액정 모노머와 고분자가 중량비로 78:22 인 고분잔/액정 복합체로 되는 액정층이 얻어진다.

제조된 셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 100㎛/m℃ 였으며, 이 온도 범위에서 콘트라스트는 120-140으로 유지되었다.

[실시예 2]

자외선 중합용 올리오머인 CL104 에폭시아크릴레이트(사토머사), 모노머인 에틸헥실아크릴레이트 및 트리스(2-하이드록시에틸) 이소시아네이트 트리아크릴레이트를 15:77:8의 중량비로 혼합한 혼합액 20중량%, 광개시제인 벤조인 부틸에테르(사토머사, Esacure EB3)을 2중량% 혼합하여 고분자 재료 22중량%를 준비한다. 여기에 액정물질로서 TL205(Merck사) 78 중량% 가하여 전체 조성물을 균일하게 혼합한다. 혼합액을 스페이서를 사용하여 두께 10㎛로 조절한 투과율 86%, 면적저항 30Ω/□인 두 매의 ITO 코팅된 유리판 사이에 주입한다. 주입이 완료되면 365nm의 파장을 가진 자외선을 30mW/㎠의 세기로 3분간 조사시켜 광경화시켜 액정 물질과 고분자가 중량비로 78:22인 고분자/액정 복합체를 얻는다.

제조된 셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 8㎛/m℃ 였으며, 이 온도범위에서 콘트라스트는 140-165으로 유지되었다.

[실시예 3]

자외선 중합용 올리고머로서 CN112 에폭시 노볼락 아크릴레이트(사토머사), 모노머로서 에틸헥실아크릴레이트, 펜타-에리트리톨트리아크릴레이트 및 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트를 15:72:10:3의 중량비로 혼합하여 얻어진 혼합물 19중량%, 광개시제인 벤조인 부틸에테르(사토머사, Esacure EB3)를 2중량% 혼합하여 고분자 재료 21중량%를 준비한다. 여기에 액정물질인 TL204(Merck사) 79 중량%를 가한다. 이하 실시예 1에서와 동일한 방법으로 자외선 중합하여 액정 모노머와 고분자가 중량비로 79:21인 고분자/액정 복합체를 제조하였다.

셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 7㎛/m℃ 였으며, 이 온도 범위에서 콘트라스트는 160-170으로 유지되었다.

[실시예 4]

자외선 중합용 올리고머로 CN120 에폭시아크릴레이트(사토머사), 모노머로서 에틸헥실아크릴레이트 및 에톡실레이티드 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트를 18:74:8의 중량비로 혼합한 혼합액 21중량%, 광개시제인 벤조인 부틸에테르(사토머사, Esacure EB3) 2중량%를 혼합하여 고분자 재료 23 중량%를 준비한다. 여기에 액정물질인 TL204(Merck사) 77 중량% 혼합하여 액정재료를 얻는다. 이하 실시예 1과 동일한 방법으로 자외선 중합하여 액정 모노머와 고분자가 중량비로 77:23인 고분자/액정 복합체를 제조하였다.

제조된 셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 9㎛/m℃ 였으며, 이 온도 범위에서 콘트라스트는 130-140으로 유지되었다.

[비교예 1]

중합용 올리고머로 CN963 우레탄 아크릴레이트(사토머사), 모노머로서 에틸헥실아크릴레이트 및 펜타에리트리톨트리아크릴레이트를 15:75:10의 중량비로 혼합한 혼합액 18 중량%, 광개시제인 다로큐어 1173(Merck사) 2중량%를 혼합하여 고분자 재료 20중량%를 준비한다. 여기에 액정 모노머인 TL205(Merck사) 80 중량%를 가하고 균일하게 혼합하여 액정재료를 얻는다. 이를 스페이서를 사용하여 두께 10㎛로 조절되고 투과율 86%, 면적저항 30Ω/□인 두 매의 ITO 코팅된 유리판 사이에 주입한다. 주입이 완료되면 365nm의 파장을 가진 자외선을 30mW/㎠의 세기로 3분간 조사시켜 광경화시켜 액정 모노머와 고분자가 중량비로 80:20인 고분자/액정 복합체를 얻는다.

제조된 셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 20㎛/m℃로 높았으며, 이 온도 범위에서 콘트라스트는 100-70으로 낮게 유지되었다.

[비교예 2]

자외선 중합용 올리고머로 CN962 우레탄아크릴레이트(사토머사), 모노머로는 에틸헥실아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 및 헥산디올 디아크릴레이트를 15:72:10:3의 중량비로 혼합한 혼합액 17중량%, 광개시제인 다로큐어 1173(머크사) 2중량% 혼합하여 고분자 재료 19 중량%를 준비한다. 여기에 액정 모노머인 TL2O4(Merck사) 81 중량% 가한다. 이하 비교예 1에서와 동일한 방법으로 자외선 중합하여 액정 모노머와 고분자가 중량비로 81:19인 고분자/액정 복합체를 제조한다.

셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 24㎛/m℃로 높았으며, 이 온도 범위에서 콘트라스트는 70-40으로 낮게 유지되었다.

[비교예 3]

고분자 재료 PN393(Merck사) 20 중량%, 액정물질 TL205(Merck사) 80중량%를 혼합한다. 이하 비교예 1에서와 동일한 방법으로 자외선 중합하여 액정 모노머와 고분자가 중량비로 80:20인 고분자/액정 복합체를 제조한다.

셀의 열팽창율은 25-50℃ 범위에서 25㎛/m℃로 높았으며, 이 온도범위에서 콘트라스트는 100-50으로 낮게 유지되었다.

본 발명에서 제조한 액정표시소자는 일반 TN 이나 STN 액정을 채용하는 소자와 달리 편광판을 사용하지 않기 때문에 광의 이용 효율이 좋아 휘도가 높고, 배향막을 사용하지 않으므로 제조공정이 간단하다. 또 기존의 고분자/액정 복합체들이 디스플레이로 사용시 고분자의 열팽창에 의해 온도가 올라갈수록 콘트라스트가 감소하는데 비해, 본 발명의 고분자/액정 복합체는 고분자/액정의 함량을 적절히 조절하는 것과 고분자의 구성 재료와 가교소를 조절하는 것에 의해 열팽창의 조절이 가능하므로 고온에서도 콘트라스트의 변화나 저하가 작은 것이 특징이다.

따라서 판넬의 동작을 안정화시키고 표시품위를 높이는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 액정물질 및 고분자 재료를 포함하여 이루어지는 고분자 분산 액정 복합체에 있어서,

   상기 고분자 재료는 올리고머, 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어지며, 상기 모노머는 상기 고분자 재료의 양을 기준으로 하여 작용기가 3개 이상인 모노머 5-15 중량%, 작용기가 2개인 모노머 10중량%이하, 및 작용기가 1개인 모노머 70-80중량%를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
2. 제1항에 있어서 상기 액정물질과 고분자 재료의 함량비가 중량%로 70:30 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
3. 제1항에 있어서 상기 고분자 재료의 밀도가 1.Og/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
4. 제1항에 있어서, 상기 올리고머가 방향족 우레탄아크릴레이트 유도체 및 에폭시아크릴레이트 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
5. 제1항에 있어서, 상기 작용기가 3개 이상인 모노머가 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아뉴레이트 트리아크릴레이트, 트리-메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 에톡실레이티드펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
6. 제1항에 있어서, 상기 작용기가 2개인 모노머가 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 부틸렌글리콜 디아크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜 디아크릴레이트, 헥사메틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
7. 제1항에 있어서, 상기 작용기가 1개인 모노머가 테트라히드로프로필 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2(2-에톡시)에틸 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 글리시딜메타 아크릴레이트 및 벤질아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
8. 제1항에 있어서, 상기 광개시제가 벤질디메틸케탐(Esacure KBI), Esacure KB6O, 벤조인 노말부틸에테르 혼합물(Esacure EB3) 및 알파-하이드록시케톤/TPGDA 용액(Esacure KIP)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합체.
9. 한 쌍의 기판과, 상기 각 기판의 상부에 형성된 한 쌍의 투명전극 및 상기 투명전극 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정표시소자에 있어서,

   상기 액정층이 제1항 내지 8항에 따른 고분자 분산 액정 복합체를 경화하여 제조된 고분자/액정 복합체로 이루어진 것임을 특징으로 하는 액정표시소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 액정층의 열팽창율이 10-50℃ 온도범위에서 10㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
11. 제9항에 있어서 상기 액정층이 연속상 또는 구적(droplet) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.