KR101044151B1 - 콜레스테릭 액정 공중합체 및 첨가제 - Google Patents

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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은, a) 콜레스테릭 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 전구체; 및 b) 하기 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물을 포함하는 콜레스테릭 액정 조성물을 제공한다.
<화학식 I>
Figure 112006014684216-pct00032
<화학식 II>
Figure 112006014684216-pct00033
<화학식 III>
Figure 112006014684216-pct00034
식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고; m은 1, 2 또는 3이며; R은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 이소시아네이트, 에폭시 또는 실란이며; R1은 (C3-C8)알킬렌, (C3-C8)알케닐렌 또는 (C3-C8)알킬린이고; R2는 결합, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R3은 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R4는 결합, (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌, (C2-C8)알킬린, 카르보닐, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R5는 결합, 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R6은 수소, 시아노, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R7은 (C1-C2)알킬렌, (C2)알케닐렌 또는 (C2)알킬린이고; R8은 수소, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R9는 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R10은 (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌 또는 (C2-C8)알킬린이다.
콜레스테릭 액정 화합물, 콜레스테릭 액정 전구체, 콜레스테릭 액정 조성물, 콜레스테릭 액정 필름

Description

콜레스테릭 액정 공중합체 및 첨가제 {CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL COPOLYMERS AND ADDITIVES}
본 발명은 일반적으로 콜레스테릭 액정 필름 및 광학체, 예컨대 반사 편광자를 형성하기 위한 콜레스테릭 액정 조성물에 관한 것이며, 특별하게는 콜레스테릭 액정 조성물에 포함시키기 위한 콜레스테릭 액정 공중합체 및 첨가제에 관한 것이다.
광학 기기, 예컨대 편광자 및 거울은 액정 디스플레이(LCD)를 비롯한 다양한 용도에서 유용하다. 액정 디스플레이는 넓게 2가지 카테고리, 즉 빛이 디스플레이 패널의 후면으로부터 제공되는 후면발광 (예컨대, 투과) 디스플레이, 및 빛이 디스플레이의 전면 (예컨대, 주변광)으로부터 제공되는 전면발광 (예컨대, 반사) 디스플레이로 분류된다. 이 2가지 디스플레이 방식이 조합되어, 예를 들어 희미한 빛 조건 하에서 후면발광되거나, 밝은 주변광 하에서 해독될 수 있는 반투과형 디스플레이를 형성할 수 있다.
종래 후면발광 LCD는 통상적으로 흡수 편광자를 사용하고, 10％ 미만의 광 투과율을 가질 수 있다. 종래 반사 LCD 역시 흡수 편광자를 기재로 하고, 통상적으로는 25％ 미만의 반사율을 갖는다. 이들 디스플레이의 낮은 투과율 또는 반사율은 디스플레이 휘도를 감소시키고, 높은 전력 소모를 요구할 수 있다.
반사 편광자가 상기 디스플레이 및 다른 용도에서 사용하기 위해 개발되어 왔다. 반사 편광자는 하나의 편광을 갖는 빛을 우선적으로 반사시키고, 반대 편광 또는 직교 편광의 빛을 투과시킨다. 반사된 빛은 재순환되어 편광된 빛으로 전환되는 빛의 백분율을 더 높임으로써 결과적으로 빛의 투과율을 더 높이는 능력이 있다. 반사 편광자가 비교적 많은 양의 빛을 흡수하지 않으면서 빛을 반사시키고 투과시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 반사 편광자는 원하는 파장 범위에 걸쳐 투과 편광에 대해 10％ 이하의 흡수율을 갖는다. 대부분의 LCD는 광범위한 파장에 걸쳐 작용하며, 결과적으로 반사 편광자 또한 통상적으로 넓은 파장 범위에 걸쳐 작용하여야 한다.
본 발명은 이러한 용도에 사용하기 위한 조성물, 및 광학체의 제조 방법을 제공한다.
<발명의 개요>
일반적으로, 본 발명은 디스플레이, 예컨대 액정 디스플레이용 광학체 뿐만 아니라 광학체를 내장하는 디스플레이 및 다른 장치에 관한 것이다.
일 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 조성물은 a) 콜레스테릭 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 전구체; 및 b) 하기 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물을 포함한다.
Figure 112006014684216-pct00001
Figure 112006014684216-pct00002
Figure 112006014684216-pct00003
식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고; m은 1, 2 또는 3이며; R은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 이소시아네이트, 에폭시 또는 실란이며; R1은 (C3-C8)알킬렌, (C3-C8)알케닐렌 또는 (C3-C8)알킬린이고; R2는 결합, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R3은 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R4는 결합, (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌, (C2-C8)알킬린, 카르보닐, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R5는 결합, 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R6은 수소, 시아노, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R7은 (C1-C2)알킬렌, (C2)알케닐렌 또는 (C2) 알킬린이고; R8은 수소, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R9는 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R10은 (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌 또는 (C2-C8)알킬린이다.
다른 실시양태는 a) 콜레스테릭 액정 전구체; 및 b) 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물의 반응 생성물을 포함하는 콜레스테릭 액정 조성물이다.
또다른 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 필름은 콜레스테릭 액정 중합체; 및 하기 화학식 IV의 화합물을 포함한다.
Figure 112006014684216-pct00004
식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고; R은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 이소시아네이트, 에폭시 또는 실란이며; R10은 (C1-C8)알킬렌, (C1-C8)알케닐렌 또는 (C1-C8)알킬린이고; R2는 결합, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R3은 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R4는 결합, (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌, (C2-C8)알킬린, 카르보닐, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R5는 결합, 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴 렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R11은 수소, 시아노, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이다.
또다른 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 필름의 제조 방법은 상기한 임의의 콜레스테릭 액정 조성물을 기재 상에 배치하는 단계; 및 콜레스테릭 액정 조성물을 정렬시켜 콜레스테릭 액정 필름을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 개요는 본 발명의 개시된 각각의 실시양태 또는 모든 실행을 기술하기 위한 것이 아니다. 하기의 도면, 발명의 상세한 설명 및 실시예는 이 실시양태를 더욱 구체적으로 예시한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시양태에 대한 하기 상세한 설명을 고려할 때 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 일 실시양태의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 또다른 실시양태의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 또다른 실시양태의 개략도이다.
도 4는 실시예 2에 따라 형성된 광학체의 광 투과 스펙트럼이다.
본 발명에는 다양한 변형 및 대체 형태가 가해질 수 있고, 그의 구체적 내용은 도면에 예로서 도시되어 있고, 상세하게 기재될 것이다. 그러나 본 발명을 기재된 특정 실시양태에 제한하고자 하는 의도가 아님을 이해하여야 한다. 반면, 본 발 명은 본 발명의 취지 및 범주내에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대체물을 포괄하는 것으로 의도된다.
본 발명의 중합체 광학 필름은 디스플레이, 예컨대 액정 디스플레이용 광학 보상기 뿐만 아니라, 광학 보상기를 내장하는 디스플레이 및 다른 장치에 적용가능하다고 여겨진다. 본 발명의 다양한 측면의 인식은 하기에 제공되는 실시예의 논의를 통해 얻어질 것이나, 본 발명은 그에 제한되지는 않는다.
하기에 정의된 용어에 있어서, 청구의 범위 또는 본 명세서내의 다른 부분에서 다른 정의가 주어지지 않는 한, 이 정의가 적용된다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "알킬"은 S, O, Si 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자 치환기를 임의로 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 1가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알킬기는 일반적으로 1 내지 20개의 원자를 갖는 것을 포함한다. 알킬기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "알킬"의 예로는, 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, 이소부틸 및 이소프로필 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "알킬렌"은 S, O, Si 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자 치환기를 임의로 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 2가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알킬렌기는 일반적으로 1 내지 20개의 원자를 갖는 것을 포함한다. 알킬렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "알킬렌"의 예로는, 메틸렌, 에틸렌, 프로판-1,3-디일, 프로판-1,2-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "알케닐렌"은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖고, S, O, Si 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자 치환기를 임의로 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 2가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알케닐렌기는 일반적으로 2 내지 20개의 원자를 갖는 것을 포함한다. 알케닐렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "알케닐렌"의 예로는, 에텐-1,2-디일, 프로펜-1,3-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "알킬린"은 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 갖고, S, O, Si 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자 치환기를 임의로 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 2가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알킬린기는 일반적으로 2 내지 20개의 원자를 갖는 것을 포함한다. 알킬린기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "시클로알킬"은 지환족 탄화수소기를 지칭한다. 시클로알킬기는 일반적으로 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 것을 포함한다. 시클로알킬기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 시클로알킬 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "시클로알킬"의 예로는, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 또는 시클로옥틸 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "시클로알케닐"은 고리계내에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 지환족 1가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 시클로알케닐기는 일반적으로 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 것을 포함한다. 시클로알케닐기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 시클로알케닐 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "시클로알케닐"의 예로는, 시클로펜테닐, 시클로헥세닐 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "시클로알킬렌"은 지환족 2가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 시클로알킬렌기는 일반적으로 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 것을 포함한다. 시클로알킬렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 시클로알킬렌 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "시클로알킬렌"의 예로는, 시클로프로필-1,1-디일, 시클로프로필-1,2-디일, 시클로부틸-1,2-디일, 시클로펜틸-1,3-디일, 시클로헥실-1,2-디일, 시클로헥실-1,3-디일, 시클로헥실-1,4-디일, 시클로헵틸-1,4-디일 또는 시클로옥틸-1,5-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "시클로알케닐렌"은 고리계내에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 치환된 지환족 2가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 시클로알케닐렌기는 일반적으로 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 것을 포함한다. 시클로알케닐렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 시클로알케닐렌 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "시클로알케닐렌"의 예로는, 4,5-시클로펜텐-1,3-디일, 4,5-시클로헥센-1,2-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "헤테로시클릭" 또는 용어 "헤테로시클릴"은 S, O 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자 치환기를 함유하고, 0 내지 5의 불포화도를 갖는 1가 3 내지 12원 비방향족 고리를 지칭한다. 헤테로시클릴기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 헤테로시클릭 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "헤테로시클릭"의 예로는, 테트라히드로푸릴, 피라닐, 1,4-디옥사닐, 1,3-디옥사닐, 피페리디닐, 피롤리디닐, 모르폴리닐, 테트라히드로티오피라닐, 테트라히드로티오페닐 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "헤테로시클릴렌"은 S, O 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 함유하고, 0 내지 5의 불포화도를 갖는 2가 3 내지 12원 비방향족 헤테로시클릭 고리 라디칼을 지칭한다. 헤테로시클릴렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 헤테로시클릴렌 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "헤테로시클릴렌"의 예로는, 테트라히드로푸란-2,5-디일, 모르폴린-2,3-디일, 피란-2,4-디일, 1,4-디옥산-2,3-디일, 1,3-디옥산-2,4-디일, 피페리딘-2,4-디일, 피페리딘-1,4-디일, 피롤리딘-1,3-디일, 모르폴린-2,4-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "아릴"은 페닐과 같은 단일 고리 또는 나프틸 또는 안트릴과 같은 다중 축합 고리를 갖는 1가 불포화 방향족 카르보시클릭 라디칼을 지칭한다. 아릴기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 아릴 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "아릴"의 예로는, 페닐, 2-나프틸, 1-나프틸, 비페닐, 2-히드록시페닐, 2-아미노페닐, 2-메톡시페닐 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "아릴렌"은 페닐렌과 같은 단일 고리 또는 나프틸렌 또는 안트릴렌과 같은 다중 축합 고리를 갖는 2가 불포화 방향족 카르보시클릭 라디칼을 지칭한다. 아릴렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 "아릴렌" 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "아릴렌"의 예로는, 벤젠-1,2-디일, 벤젠-1,3-디일, 벤젠-1,4-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 안트라센-1,4-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "헤테로아릴"은 S, O 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 1가 5 내지 7원 방향족 고리 라디칼을 지칭한다. 헤테로아릴기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 "헤테로아릴" 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용된 "헤테로아릴"의 예로는, 푸릴, 티오페닐, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 티아졸릴, 옥사졸릴, 이속사졸릴, 옥사디아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 피리디닐, 피리다지닐, 피라지닐, 피리미디닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 벤조푸릴, 벤조티오페닐, 인돌릴 및 인다졸릴 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "헤테로아릴렌"은 S, O 또는 N으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 2가 5 내지 7원 방향족 고리 라디칼을 지칭한다. 헤테로아릴렌기는 비치환되거나, 조성물의 특정 기능을 방해하지 않는 치환기로 치환될 수 있다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시, 히드록시, 메르캅토, 아미노, 알킬 치환된 아미노 또는 할로가 포함된다. 이러한 "헤테로아릴렌" 고리는 임의로 하나 이상의 또다른 헤테로시클릭 고리(들), 헤테로아릴 고리(들), 아릴 고리(들), 시클로알케닐 고리(들) 또는 시클로알킬 고리와 접합될 수 있다. 본원에서 사용된 "헤테로아릴렌"의 예로는, 푸란-2,5-디일, 티오펜-2,4-디일, 1,3,4-옥사디아졸-2,5-디일, 1,3,4-티아디아졸-2,5-디일, 1,3-티아졸-2,4-디일, 1,3-티아졸-2,5-디일, 피리딘-2,4-디일, 피리딘-2,3-디일, 피리딘 2,5-디일, 피리미딘-2,4-디일, 퀴놀린-2,3-디일 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "할로겐" 또는 "할로"는 요오드, 브롬, 염소 및 불소를 포함할 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "메르캅토" 및 "술프히드릴"은 치환기 -SH를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "히드록시"는 치환기 -OH를 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "아미노"는 치환기 -NH2를 지칭한다.
용어 "중합체"는 중합체, 공중합체 (예컨대, 2종 이상의 상이한 단량체를 사용하여 형성된 중합체), 올리고머 및 이들의 조합, 및 예를 들어, 에스테르교환반응을 비롯한 반응 또는 공압출에 의해 혼화성 블렌드에서 형성될 수 있는 중합체, 올리고머 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 블록 및 랜덤 공중합체 양쪽 모두가 포함된다.
용어 "공중합체"는 서로 상이한 구조를 갖는 2종 이상의 단량체로부터 형성된 중합체를 지칭한다.
용어 "편광"은 평면 편광, 원형 편광, 타원형 편광, 또는 빛의 빔의 전기 벡터가 무작위로 방향을 바꾸지 않으나, 일정한 배향을 유지하거나 계통적 방식으로 변하는 임의의 다른 비-무작위 편광 상태를 지칭한다. 평면 편광에서, 전기 벡터는 단일 평면으로 유지되는 한편, 원형 또는 타원형 편광에서는, 빛의 빔의 전기 벡터는 계통적 방식으로 회전한다.
중량 퍼센트, 중량 기준의 퍼센트, 중량％ 등은 물질의 중량을 조성물의 중량으로 나눈 후, 100을 곱한 물질의 농도를 지칭하는 동의어이다.
종점에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위내에 포함되는 모든 수를 포함한다 (예컨대, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함).
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이 단수 형태 "a", "an", 및 "the" (이들은 영문에 기재된 관사임)는 내용이 달리 명백히 지시되지 않는 한, 복수 지시대상을 포함한다. 이에 따라, 예를 들어 "a (영어 부정관사) 화합물"을 함유하는 조성물에 대한 언급은 2종 이상의 화합물의 혼합물을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이 용어 "또는"은 그 내용이 달리 명백히 지시되지 않는 한, 일반적으로 "및(또는)"을 포함하는 의미로 사용된다.
콜레스테릭 액정 재료는 통상 키랄 분자 또는 잔기, 또는 키랄 및 비키랄 분자의 혼합물을 포함하며, 단량체, 중합체, 올리고머, 비-단량체 분자, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 비-단량체 분자의 예는, 미국 특허 출원 제10/373,213호에서 찾아 볼 수 있다. 키랄 및 비키랄 분자 혼합물의 예는 미국 특허 출원 제10/373,126호에서 찾아 볼 수 있다. 콜레스테릭 액정 재료는 1종 이상의 콜레스테릭 액정 화합물 (콜레스테릭 액정 중합체를 포함함), 1종 이상의 콜레스테릭 액정 전구체 (콜레스테릭 액정 화합물을 형성하는 데 사용될 수 있음), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정 화합물은 본질상 키랄인 (즉, 대칭면을 갖지 않는) 하나 이상의 분자 단위, 및 본질상 메소제닉 (mesogenic)인 하나 이상의 분자 단위를 통상 포함한다. 콜레스테릭 액정 화합물은 또한 키랄 네마틱(nematic) 액정 화합물로도 지칭된다. 콜레스테릭 액정 화합물은 액정의 분자 및 광학 지향자 (즉, 평균 국소 분자 정렬 방향의 단위 벡터)가 지향자에 대해 수직인 (나선축) 디멘션을 따라 나선형 방식으로 회전하는 콜레스테릭 액정 상을 형성할 수 있다.
콜레스테릭 액정층의 피치는 지향자 또는 메소겐이 360도 회전하는 데 걸리는 (지향자에 대해 수직 방향으로의) 거리이다. 이 거리는 일반적으로 250 내지 600 nm 이상이다. 콜레스테릭 액정층의 피치는 1종 이상의 키랄 화합물 (예컨대, 콜레스테릭 액정 화합물 또는 키랄 콜레스테릭 액정 전구체)을 다른 통상적인 네마틱 액정 화합물과 다양한 비율로 혼합하거나, 다른 방식으로 조합 (예컨대, 공중합)함으로써 통상적으로 변경될 수 있다. 이러한 경우, 피치는 콜레스테릭 액정 조성물 중 키랄 화합물의 상대적인 몰비 또는 중량비에 따라 달라질 수 있다. 피치는 통상 관심있는 빛의 파장과 유사하도록 선택된다. 지향자의 나선형 꼬임은 유전성 텐서의 공간 주기적 변화를 초래하고, 따라서 이는 빛의 파장 선택적 반사를 일으킨다. 예를 들어, 피치는 선택적 반사가 빛의 가시광, 자외선, 또는 적외선 파장 또는 이들의 조합에서 발생하도록 선택될 수 있다.
콜레스테릭 액정 중합체를 비롯한 콜레스테릭 액정 화합물 및 전구체는 통상 공지되어 있으며, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 콜레스테릭 액정 화합물 또는 전구체를 본 발명의 조성물에 사용할 수 있다. 적합한 콜레스테릭 액정 화합물 및 전구체의 예는, 미국 특허 제4,293,435호, 동 제5,332,522호, 동 제5,886,242호, 동 제5,847,068호, 동 제5,780,629호 및 동 제5,744,057호에 기재되어 있다. 비키랄 분자 단위의 일례로는 하기 화학식 C2의 화합물이 있다. 화학식 C2는 유럽 특허 출원 공개 제834754호에 기재되어 있는 바와 같이 제조될 수 있다. 상업적으로 입수가능한 비키랄 분자 단위의 일례로는, 바스프사 (BASF; 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재)로부터 입수가능한 팔리오컬러(Paliocolor) LC242가 있다. 상업적으로 입수가능한 키랄 분자 단위의 일례로는 바스프사 (미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재)로부터 입수가능한 팔리오컬러 LC756이 있다. 그러나, 본원에 개시되지 않은 다른 콜레스테릭 액정 화합물 및 전구체를 또한 본 발명의 조성물에 사용할 수 있다.
Figure 112006014684216-pct00005
일반적으로, 콜레스테릭 액정 화합물 또는 전구체는 적어도 부분적으로는, 궁극적으로 사용되는 광학체 또는 특정 용도에 근거하여 선택된다. 콜레스테릭 액정 화합물 또는 전구체의 선택시 고려될 수 있는 특성의 예로는, 굴절률, 피치, 가공성, 투명성, 색, 관심있는 파장 영역에서의 낮은 흡광도, 다른 성분 (예컨대, 네마틱 액정 화합물)과의 상용성, 제조 용이성, 콜레스테릭 액정 중합체를 형성하기 위한 콜레스테릭 액정 화합물, 전구체 또는 단량체의 입수가능성, 레올로지, 경화 방법 및 요건, 용매 제거의 용이성, 물리적 및 화학적 특성 (예를 들어, 유연성, 인장 강도, 내용매성, 내스크래치성 및 상 전이 온도), 및 정제 용이성이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
콜레스테릭 액정 중합체인 콜레스테릭 액정 화합물은 통상적으로 메소제닉기를 포함하는 키랄 분자, 또는 키랄 및 비키랄 분자 (단량체를 포함함)의 혼합물을 사용하여 형성된다. 메소제닉기는 일반적으로 액정 성분인 경질 막대형 또는 원반형 분자 또는 분자 부분이다. 메소제닉기의 예로는, 파라-치환 시클릭기, 예컨대 파라-치환 벤젠 고리가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 이들 메소제닉기는 임의로 스페이서를 통해 중합체 주쇄에 결합된다. 스페이서는, 예를 들어 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 알킨, 에스테르, 알킬렌, 알칸, 에테르, 티오에테르, 티오에스테르 및 아미드 관능기를 갖는 관능기를 함유할 수 있다.
적합한 콜레스테릭 액정 중합체로는, 경질 또는 가요성 공단량체에 의해 임의로 분리된 메소제닉기를 포함하는, 키랄 또는 비키랄 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리실록산 또는 폴리에스테르이미드 주쇄를 갖는 중합체가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 다른 적합한 콜레스테릭 액정 중합체의 예로는, 키랄 및 비키랄 메소제닉 측쇄기를 갖는 중합체 주쇄 (예를 들어, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리실록산, 폴리올레핀 또는 폴리말로네이트 주쇄)가 포함된다. 측쇄기는 스페이서, 예컨대 알킬렌 또는 알킬렌 옥시드 스페이서에 의해 주쇄로부터 임의로 분리되어, 가요성을 제공할 수 있다.
소분자를 액정 중합체에 첨가하거나, 또는 공중합체로서 액정 중합체내에 혼입할 수 있다. 이들 소분자는 콜레스테릭계의 광학적 투명성을 개선하고, 동시에 정렬 균일성, 따라서 반사 효율을 더욱 양호하게 할 수 있다. 이러한 조합은 선택적 반사의 콘트라스트 비를 개선시킨다. 이러한 개선은 하기 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물로 정의되는 콜레스테릭 액정 조성물에 첨가되는 중합성 소분자; 또는 하기 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물로 정의되는 콜레스테릭 전구체 또는 중합체와 공중합된 소분자에 의해 이루어진다.
본 발명의 일 실시양태에서, 본 발명에 따른 적합한 콜레스테릭 액정 조성물은 a) 콜레스테릭 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 전구체 및 b) 하기 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물을 포함한다.
<화학식 I>
Figure 112006014684216-pct00006
<화학식 II>
Figure 112006014684216-pct00007
<화학식 III>
Figure 112006014684216-pct00008
식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고; m은 1, 2 또는 3이며; R은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 이소시아네이트, 에폭시 또는 실란이며; R1은 (C3-C8)알킬렌, (C3-C8)알케닐렌 또는 (C3-C8)알킬린이고; R2는 결합, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R3은 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R4는 결합, (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌, (C2-C8)알킬린, 카르보닐, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R5는 결합, 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R6은 수소, 시아노, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R7은 (C1-C2)알킬렌, (C2)알케닐렌 또는 (C2)알킬린이고; R8은 수소, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이며; R9는 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R10은 (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌 또는 (C2-C8)알킬린이다.
화학식 I의 일 실시양태에서, n은 1 또는 2이고, R은 아크릴레이트이며, R1은 (C3-C6)알킬렌이고, R2는 -O-이며, R3은 페닐렌이고, R4는 -C(O)O- 또는 -(O)OC-이 며, R5는 결합 또는 페닐렌이며, R6은 F 또는 시아노이다.
화학식 II의 일 실시양태에서, n은 1 또는 2이고, R은 아크릴레이트이며, R7은 (C1-C2)알킬렌이고, R2는 -O-이며, R3은 페닐렌이고, R4는 -C(O)O- 또는 -(O)OC-이며, R5는 결합 또는 페닐렌이며, R8은 F, CF3, 메톡시 또는 부톡시이다.
화학식 III의 일 실시양태에서, m은 1 또는 2이고, R9는 페닐렌이며, R4는 -C(O)O- 또는 -(O)OC-이며, R3은 페닐렌이고, R2는 -O-이며, R10은 (C3-C6)알킬렌이고, R은 아크릴레이트이다.
화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 적합한 화합물의 일부 예는 하기와 같다.
Figure 112006014684216-pct00009
Figure 112006014684216-pct00010
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명에 따른 적합한 콜레스테릭 액정 필름은 콜레스테릭 액정 중합체 및 하기 화학식 IV의 화합물을 포함한다.
<화학식 IV>
Figure 112006014684216-pct00011
식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고; R은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 이소시아네이트, 에폭시 또는 실란이며; R10은 (C1-C8)알킬렌, (C1-C8)알케닐렌 또는 (C1-C8)알킬린이고; R2는 결합, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R3은 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R4는 결합, (C1-C8)알킬렌, (C2-C8)알케닐렌, (C2-C8)알킬린, 카르보닐, -O-, -C(O)O-, -O(O)C-, -OC(O)O-, -C(O)N-, -CH=N-, -N=CH- 또는 -NC(O)-이며; R5는 결합, 시클로알킬렌, 시클로알케닐렌, 헤테로시클릴렌, 아릴렌 또는 헤테로아릴렌이고; R11은 수소, 시아노, 할로, (C1-C8)알콕시, (C1-C8)알킬, 니트로, 아미노, 카르복시, 메르캅토, (C1-C4)티오알킬, COCH3, CF3, OCF3 또는 SCF3이다.
화학식 IV의 일 실시양태에서, n은 1 또는 2이고, R은 아크릴레이트이며, R10은 (C2-C6)알킬렌이고, R2는 -O-이며, R3은 페닐렌이고, R4는 -C(O)O- 또는 -O(O)C-이며, R5는 결합 또는 페닐렌이고, R11은 F, 시아노, CF3, 메톡시 또는 부톡시이다.
화학식 IV의 적합한 화합물의 일례는 하기와 같다.
Figure 112006014684216-pct00012
콜레스테릭 액정 중합체는 통상적으로 상기한 바와 같이 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위를 포함한다. 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위는 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물과 상이할 수 있다. 비키랄 분자 단위는, 예를 들어 상기한 화학식 C2의 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 조성물은 일반적으로 하나 이상의 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 조성물의 전체 고형분 함량의 약 1 내지 35 중량％, 약 5 내지 20 중량％, 또는 약 10 내지 15 중량％로 갖는다. 또다른 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 조성물은 하나 이상의 화학 식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 조성물의 전체 고형분 함량의 약 10 내지 20 중량％로 갖는다.
일부 실시양태에서, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물 대 콜레스테릭 액정 화합물 (콜레스테릭 액정 중합체 포함) 또는 콜레스테릭 액정 전구체의 중량비는 1:99 내지 1:3의 범위이다. 일부 실시양태에서, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물 대 콜레스테릭 액정 화합물 (콜레스테릭 액정 중합체 포함) 또는 콜레스테릭 액정 전구체의 중량비는 1:10 내지 1:5의 범위이다.
화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물에 첨가하는 것은 정렬된 액정층의 형성 동안 콜레스테릭 액정 전구체 또는 화합물의 정렬을 돕는 것으로 생각된다. 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물은 이러한 특성을 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물에 부여하는 기능을 할 수 있으므로 종종 "상용성"이라고 지칭한다. 상용성의 한 가지 지표는 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 콜레스테릭 액정 화합물 또는 전구체에 첨가하거나, 또는 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물을 공중합체로서 액정 중합체에 혼입할 경우, 하나 이상의 콜레스테릭 액정층이 보다 균일하게 정렬된다는 것이다. 예를 들어, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖는 콜레스테릭 액정 조성물의 건조 필름의 투과율을 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 유사 조성물과 비교하여 측정함으로써 관찰할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물을 사용하여 제조한 필름에 대해, 원하는 파장 범위에 걸쳐 또는 특정 파장에서 측정한 투과율은 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 동일한 콜레스테릭 액정 조성물을 사용하여 형성한 필름의 투과율에 비해 더 높다.
코팅된 필름의 스펙트럼은 예를 들어 광학 경로에 글랜-토마스(Glan-Thomas) 편광자 및 1/4파 필름이 장착된 람다(Lambda) 900 분광광도계 (미국 캘리포니아주 산타 클라라 소재의 퍼킨 엘머(Perkin Elmer))로 측정할 수 있다. 1/4파 축은 편광자 축에 대해 45°로 유지한다. 먼저 편광자 및 그 후에 1/4파 플레이트를 광로에 배치하고 기기를 영점조정한다. 이어서, 샘플을 1/4파 플레이트의 뒤에 1/4파 플레이트를 대면하도록 광로에 배치한다. 가시광 스펙트럼을 포함하는 350 nm 내지 800 nm의 스펙트럼을 기록하였다. 비상용성 코팅은 광을 산란시키고 통과 투과율(％)을 예를 들어 65％ 미만으로 감소시키는 헤이즈를 생성할 수 있다.
본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 통과 투과율(％) (％Tpass)은 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 궁극적으로 얻어질 수 있는 콜레스테릭 액정 필름의 일부 특성, 예를 들면 콜레스테릭 액정 필름의 투명도의 지표가 될 수 있다. 통과 투과율(％)은 필름에 의해 통과되어야 하는 편광에 대한 필름의 투과율의 수준에 상응한다. 일 실시양태에서, 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 통과 투과율(％)은 특정 파장 범위에 걸쳐 또는 특정 파장에서 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 통과 투과율(％)보다 더 크다. 또다른 실시양태에서, 통과 투과율(％)은 약 65％ 이상, 약 75％ 이상, 약 85％ 이상 또는 약 90％ 이상이다. 일반적으로 통과 투과율(％) 값이 클수록 바람직하다. 또다른 실시양태에서, 통과 투과율(％)은 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 유사 조성물 또는 필름보다 1 내지 50％, 5 내지 40％, 10 내지 30％ 또는 30％ 이상 더 크다. 일례로서, ％Tpass에 사용되는 수치는 동일 파장에서 최소 투과율(％) (하기에 설명됨)로서 측정할 수 있다.
본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 최소 투과율(％) 또는 소광율(％) (％Tmin)은 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 궁극적으로 얻어질 수 있는 콜레스테릭 액정 필름의 일부 특성, 예를 들면 콜레스테릭 액정 필름의 정렬 특성의 지표가 될 수 있다. 최소 투과율 또는 소광율(％)의 파장은 필름의 최대 반사율의 파장에 상응한다. 소광율은 투과율과 유사한 방식으로 측정할 수 있으나, 상기한 투과율 측정에 사용된 위치로부터 90° 회전된 편광자를 사용한다. 일 실시양태에서, 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 소광율은 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 소광율보다 더 낮은 값을 갖는다. 또다른 실시양태에서, 소광율은 약 5％ 이하, 약 10％ 이하, 약 12％ 이하 또는 약 15％ 이하이다. 또다른 실시양태에서, 소광율 값은 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 유사한 액정 조성물 또는 필름의 소광율 값보다 1％, 2％, 3％, 4％ 또는 5％ 이상 더 낮다.
본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 최대 콘트라스트 비 (CR)는 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 궁극적으로 얻어질 수 있는 콜레스테릭 액정 필름의 일부 특성, 예를 들면 콜레스테릭 액정 필름의 광학 특성의 지표가 될 수 있다. 최대 콘트라스트 비 (CR)는 ％Tpass를 ％Tmin으로 나누어 측정할 수 있다. 일 실시양태에서, 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 최대 콘트라스트 비 (CR)는 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 콜레스테릭 액정 조성물로부터 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 최대 콘트라스트 비 (CR)보다 더 크다. 또다른 실시양태에서, 최대 콘트라스트 비 (CR)는 약 6 이상, 약 10 이상, 약 12 이상, 약 15 이상 또는 약 16 이상이다. 또다른 실시양태에서, 최대 콘트라스트 비 (CR)는 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 유사한 액정 조성물 또는 필름의 최대 콘트라스트 비보다 5％, 10％, 25％, 50％, 100％, 150％, 200％ 또는 300％ 이상 더 크다. 또다른 실시양태에서, 최대 콘트라스트 비 (CR)는 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 유사한 액정 조성물 또는 필름의 최대 콘트라스트 비보다 5 내지 300％, 10 내지 200％, 또는 25 내지 100％ 더 크다.
소광율 시험을 수행하는 방법의 일례는 하기 절차를 포함한다. 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 적합한 용매 중에서 콜레스테릭 액정 중합체와 혼합한다. 이 혼합물의 예시적인 조성물은 콜레스테릭 액정 중합체 13％, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물 2.3％, 및 용매 84.7％를 포함한다. 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물 및 콜레스테릭 액정 중합체를 함유하는 용액을 정렬 표면을 갖는 투명 플라스틱 필름 상에 코팅한다. 예를 들어, 고유의 액정 정렬 표면을 제공하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 배향 필름은 3M (미국 미네소타주 세인트 폴 소재, SCOTCHPAR (등록상표) 타입 718386) 또는 듀폰 (DuPont, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)으로부터 상업적으로 입수가능하다. 코팅을 건조시키고 콜레스테릭 액정 전구체가 그의 네마틱상에 있도록 하는 온도에서 어닐링(annealing)한다. 용액은 통상적으로는 약 4 ㎛, 또는 수 피치 길이의 건조 두께가 얻어지는 양으로 코팅한다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 조성물은 용매를 또한 포함할 수 있다. 일부 경우, 콜레스테릭 액정 전구체 또는 콜레스테릭 액정 조성물 중의 다른 성분 중 하나 이상이 용매로서 작용할 수 있다. 하나 이상의 용매, 또는 용매로서 기능하는 다른 화합물은 일반적으로 공정 동안 콜레스테릭 액정 조성물로부터 실질적으로 제거된다. 이들은 예를 들어 조성물을 건조시켜 용매를 증발시키거나, 또는 용매의 일부를 반응시켜 (예컨대, 용매화 액정 전구체를 반응시켜 액정 중합체를 형성함) 제거할 수 있다. 조성물의 화합물을 가용화시킬 수 있는 것으로 당업자에게 공지된 임의의 용매를 사용할 수 있고, 그의 구체예로는, 테트라히드로푸란, 시클로헥사논, 시클로프로파논, 메틸 에틸 케톤 및 1,3-디옥솔란이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 용매의 조합을 본 발명의 조성물에 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 조성물은 조성물의 단량체 또는 다른 저분자량 화합물의 중합 또는 가교를 개시하는 기능을 하는 중합 개시제를 또한 포함할 수 있다. 적합한 중합 개시제로는 자유 라디칼을 생성시켜 중합체 또는 가교를 개시 및 전개할 수 있는 화합물이 포함된다. 자유 라디칼 개시제는 안정성 및 반감기를 포함하나 이에 제한되지는 않는 다수의 요인에 기초하여 선택할 수 있다. 바람직하게는, 자유 라디칼 개시제는 흡광이나 다른 방식으로 콜레스테릭 액정층에 임의의 부가적인 색상을 발생시키지 않는다.
화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물은, 콜레스테릭 액정층의 형성 또는 콜레스테릭 액정층의 정렬 후에 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물이 경화 또는 가교되어 가교된 콜레스테릭 액정 필름이 형성될 수 있기에 충분한 양으로 콜레스테릭 액정 중합체에 첨가할 수 있다. 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물은, 콜레스테릭 액정층의 형성 또는 콜레스테릭 액정층의 정렬 후에 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물이 콜레스테릭 액정층 상에 배치된 추가의 층과 함께 경화 또는 가교되어 그 위에 배치된 추가의 층에 가교되거나 화학적으로 결합된 콜레스테릭 액정층이 형성될 수 있기에 충분한 양으로 콜레스테릭 액정 중합체에 첨가할 수 있다.
자유 라디칼 개시제는 통상적으로 열적 자유 라디칼 개시제 또는 광개시제이다. 열적 자유 라디칼 개시제는 열 분해시에 자유 라디칼을 생성시키며, 예를 들 어, 과산화물, 과황산염 또는 아조니트릴 화합물이 포함된다. 광개시제는 전자기 조사 또는 입자 조사에 의해 활성화될 수 있다. 적합한 광개시제의 예로는, 오늄염 광개시제, 유기금속성 광개시제, 양이온성 금속염 광개시제, 광분해성 오르가노실란, 비활성 술폰산, 포스핀 옥시드, 시클로헥실 페닐 케톤, 아민 치환 아세토페논 및 벤조페논이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 일반적으로, 광개시제를 활성화하기 위해 자외선(UV) 조사가 사용되나, 다른 광원 또는 조사 (전자빔)도 사용될 수 있다. 광개시제는 특정 파장의 광의 흡광도에 기초하여 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 조성물은 또한, 분산제, 종결제, 경화제, 가교제, 오존화방지제, 산화방지제, 가소제, 안정화제, 점도개질제, 예컨대 증점제 및 충전제, 기판 상에 침착된 후 입자간 접촉의 친밀도를 개선하는 기능을 하는 응집제, 및 자외선, 적외선 또는 가시광선을 흡수하는 염료 및 안료로서 기능하는 특정 화합물을 추가로 함유할 수 있다.
본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물을 콜레스테릭 액정층으로 형성하는 당업자에게 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물로부터 콜레스테릭 액정층을 형성하기 위해, 기존의 콜레스테릭 액정층 형성 방법의 개선 및 변화를 이용할 수도 있다. 하기에 논의되는 방법은 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정층을 형성하는 데 사용될 수 있는 방법 및 기술의 예를 제공하며, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한하려는 것이 아니다.
콜레스테릭 액정층을 형성하는 한 가지 방법은 콜레스테릭 액정 조성물을 기판의 표면에 도포하는 것을 포함한다. 콜레스테릭 액정 조성물은 코팅 및 분무를 포함하나 이에 제한되지는 않는 여러 가지 방법으로 표면에 도포할 수 있다. 별법으로, 콜레스테릭 액정층으로 코팅하기 전에 기판의 표면을 배향시킬 수 있다. 예를 들어 연신 기술, 레이온 또는 다른 천을 이용한 러빙(rubbing), 또는 액방형(lyotropic) 정렬 (미국 특허 제6,395,354호)을 사용하여 기판을 배향시킬 수 있다. 광정렬 기판은 미국 특허 제4,974,941호, 동 제5,032,009호, 동 제5,389,698호, 동 제5,602,661호, 동 제5,838,407호 및 동 제5,958,293호에 기재되어 있다.
코팅 후, 콜레스테릭 액정 조성물을 콜레스테릭 액정층으로 전환시킨다. 일반적으로 이 공정은 조성물을 건조시키고, 건조된 조성물을 어닐링하는 것을 포함하고, 별법으로는 이들 공정을 다소 동시에 실시할 수 있다. 콜레스테릭 액정층의 형성은 존재하는 용매의 증발; 콜레스테릭 액정 조성물의 가교; 예를 들어 열, 방사선 (예컨대, 화학선), 광 (예컨대, 자외선, 가시광선 또는 적외선), 전자빔, 또는 이들의 조합이나 유사 기술을 사용한 콜레스테릭 액정 조성물의 어닐링 또는 경화 (예컨대, 중합)를 포함하는 다양한 기술에 의해 달성할 수 있다.
콜레스테릭 액정층을 형성하는 방법의 일례는 콜레스테릭 액정 조성물을 배향된 기판 상에 침착시키는 것을 포함한다. 침착 후에, 콜레스테릭 액정 조성물은 조성물의 유리 전이 온도 초과로 액정 상으로 가열한다. 이어서 조성물을 유리전이 온도 미만으로 냉각시킬 수 있고, 조성물은 액정 상으로 유지된다.
액정층을 형성하는 또다른 방법은 콜레스테릭 액정 조성물을 기판 상에 침착시키고, 조성물을 건조시켜 용매를 제거함으로써 올리고머 액정을 정렬시키는 것을 포함한다. 본 발명의 콜레스테릭 액정 조성물은 공기 유동을 제한하는 것을 비롯하 여 당업자에게 공지된 임의의 방법으로 건조시킬 수 있다. 공기 유동을 제한하는 방법 또는 장치의 예는, 미국 특허 제5,581,905호, 동 제5,694,701호, 동 제6,134,808호 및 미국 출원번호 제10/373,127호에서 찾아볼 수 있다.
콜레스테릭 액정 조성물은 특정 대역폭의 광 파장에 걸쳐 하나의 편광을 갖는 광 (예컨대, 좌 또는 우 원형 편광된 광)을 실질적으로 반사시키고, 다른 편광을 갖는 광 (예컨대, 우 또는 좌 원형 편광된 광)을 실질적으로 투과시키는 층으로 형성될 수 있다. 이러한 특성화는 콜레스테릭 액정 물질의 지향자에 대한 수직 입사시에 지향되는 광의 반사 또는 투과를 설명한다. 다른 각도로 지향되는 광은 통상적으로 콜레스테릭 액정 물질에 의해 타원형으로 편광될 것이고, 브래그(Bragg) 반사 피크는 통상적으로 그의 축상 파장으로부터 청색-이동된다. 콜레스테릭 액정 물질은 일반적으로 하기하는 바와 같이 수직 입사광에 대해 특성화되나, 이들 물질의 반응은 공지된 기술을 이용하여 비수직 입사광에 대해 결정될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
콜레스테릭 액정층은 광학체, 예컨대 반사 편광자를 형성하기 위해 다른 콜레스테릭 액정층 또는 다른 유형의 층 또는 장치와 조합되거나, 또는 단독으로 사용될 수 있다. 콜레스테릭 액정 편광자는 한 유형의 반사 편광자에 사용된다. 콜레스테릭 액정 편광자의 피치는 다층 반사 편광자의 광학 층 두께와 유사하다. 피치 및 광학 층 두께는 각각 콜레스테릭 액정 편광자 및 다층 반사 편광자의 중앙 파장을 결정한다. 콜레스테릭 액정 편광자의 회전 지향자는 다층 반사 편광자 중에 동일한 광학 층 두께를 갖는 다층을 사용한 것과 유사한 광학 반복 단위를 형성한다.
콜레스테릭 액정층에 의해 반사된 광의 중앙 파장 λo, 및 스펙트럼 대역폭 Δλ는 콜레스테릭 액정의 피치 p에 따라 달라진다. 중앙 파장 λo은,
λo = 0.5(no+ne)p
(여기에서, no 및 ne는 액정의 지향자에 대해 평행하게 편광된 광 (ne), 및 액정의 지향자에 대해 수직으로 편광된 광 (no)에 대한 콜레스테릭 액정의 굴절율임)에 의해 근사화된다. 스펙트럼 대역폭 Δλ은,
Δλ = 2λo(ne-no)/(ne+no)=p(ne-no)
에 의해 근사화된다. 콜레스테릭 액정 편광자는 각각 개별적인 기판 상에 배치되어 있고 상이한 피치를 갖는 2개의 이미 형성된 콜레스테릭 액정층 (예컨대, 키랄 및 네마틱 액정 화합물 또는 단량체의 중량비와 같은 조성이 상이한 층)을 적층하거나 다른 방식으로 스택킹하여 형성할 수 있다. 이들 2개의 층을 가열하여 층 사이에 액정 물질을 확산시킨다. 2개의 층 사이의 물질의 확산은 통상적으로 층의 피치가 2개의 층의 각각의 피치 사이의 범위에 걸쳐 변하게 한다. 콜레스테릭 액정 편광자를 형성하는 다른 방법은 예를 들어 미국 특허 출원 제09/790,832호, 동 제09/791,157호, 및 동 제09/957,724호에 기재되어 있다.
콜레스테릭 액정 광학체는 다양한 광학 디스플레이 및 다른 용도, 예컨대 투과형 (예컨대, 후면발광), 반사 및 반투과형 디스플레이에서 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 디스플레이 매체 (402), 후면광 (404), 상기 기재된 바와 같은 콜레스 테릭 액정 반사 편광자 (408), 및 임의의 반사기 (406)를 포함하는 일례의 후면발광 디스플레이 시스템 (400)의 개략적 단면도를 도시한다. 디스플레이 시스템은 콜레스테릭 액정 반사 편광자의 부분으로서, 또는 별도의 성분으로서, 액정 반사 편광자로부터의 원형으로 편광된 광을 선형으로 편광된 광으로 전환하기 위해 1/4파 플레이트를 임의로 포함한다. 뷰어는 후면광 (404)와 대향하는 디스플레이 장치 (402)의 측면에 위치한다.
디스플레이 매체 (402)는 후면광 (404)로부터 발광된 투과 광에 의해 뷰어에 정보 또는 이미지를 표시한다. 디스플레이 매체 (402)의 일례는 하나의 편광 상태의 광만을 투과시키는 액정 디스플레이(LCD)이다.
디스플레이 시스템 (400)을 보이기 위해 사용되는 광을 공급하는 후면광 (404)는, 예를 들어 광원 (416) 및 광도파로 (418)를 포함하나, 다른 후면광 시스템도 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 광도파로 (418)은 일반적으로 직사각형 단면을 가지나, 후면광은 임의의 적합한 형상을 갖는 광도파로를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광도파로 (418)은 쐐기형, 채널형, 유사-쐐기형 도파로 등일 수 있다. 일차적 고려 사항은, 광도파로 (418)가 광원 (416)으로부터 광을 수용하고, 그 광을 발광할 수 있도록 하는 것이다. 그 결과, 광도파로 (418)은 후면 반사기 (예컨대, 임의의 반사기 (406)), 추출 메카니즘, 및 원하는 기능을 달성하기 위한 기타 성분을 포함할 수 있다.
반사 편광자 (408)은 상기 기재한 바와 같은 하나 이상의 콜레스테릭 액정 광학체를 포함하는 광학 필름이다. 반사 편광자 (408)는 광도파로 (418)를 나가는 하나의 편광 상태의 광을 실질적으로 투과시키고, 광도파로 (418)를 나가는 상이한 편광 상태의 광을 실질적으로 반사시키기 위해 제공된다.
도 2은 한 유형의 반사형 액정 디스플레이 (500)의 개략도이다. 이 반사형 액정 디스플레이 (500)은 디스플레이 매체 (508), 콜레스테릭 액정 반사 편광 거울 (504), 흡수 배킹 (506), 및 흡수 편광자 (502)를 포함한다. 액정 디스플레이 (500)은 임의로 콜레스테릭 액정 반사 편광자 (504)의 부분으로서, 또는 별도의 성분으로서 액정 장치로부터의 혼합 편광 광을 적절하게 편광된 광으로 전환하기 위해 파 플레이트를 포함한다.
액정 디스플레이 (500)은 흡수 편광자 (502) 및 편광 광 (510)에 의해 먼저 기능한다. 이어서 편광된 광은 디스플레이 매체 (508)를 통해 이동하고, 여기에서 광의 원형 편광 성분 중 하나는 콜레스테릭 액정 반사 편광 거울 (504)으로부터 반사되어 디스플레이 매체 (508) 및 흡수 편광자 (502)를 통해 후면 통과한다. 다른 원형 편광 성분은 콜레스테릭 액정 반사 편광자 (504)를 통과하고, 배킹 (506)에 의해 흡수된다. 이 반사형 액정 디스플레이 (500)의 반사 편광자 (504)는 상기 기재한 바와 같은 하나의 콜레스테릭 액정 광학체를 포함한다. 콜레스테릭 액정 광학체의 특정 선택은, 예를 들어 비용, 크기, 두께, 물질, 및 관심있는 파장 범위 등의 인자에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 한 유형의 반투과형 액정 디스플레이 (600)의 개략도이다. 이 반투과형 액정 디스플레이 (600)은 상 지연 디스플레이 매체 (608), 부분적 거울 (603), 콜레스테릭 액정 반사 편광 거울 (604), 후면광 (606), 및 흡수 편광자 (602)를 포 함한다. 디스플레이 시스템은 콜레스테릭 액정 반사 편광자 (604)의 부분으로서, 또는 별도의 성분으로서 액정 장치로부터의 혼합된 편광 광을 적절하게 편광된 광으로 전환하기 위해 파 플레이트를 임의로 포함한다. 반사 방식에서, 밝은 주변광 (610)은 흡수 편광자 (602)에 의해 편광되어, 디스플레이 매체 (608)을 통해 이동하며, 부분적 거울 (603)에서 반사되어, 디스플레이 매체 (608) 및 흡수 편광자 (602)을 통해 후면 통과한다. 낮은 주변광 상태에서, 후면광 (606)이 활성화되고, 빛이 디스플레이에 적절하게 편광된 광을 제공하도록 매칭된 콜레스테릭 편광자 (604)를 통해 선택적으로 통과한다. 반대 방향으로 회전하는(opposite handedness) 광은 후면반사되고, 재순환되며, 콜레스테릭 편광자 (604)를 통해 선택적으로 통과하여, 후면광 휘도를 효과적으로 증가시킨다. 이 반사형 액정 디스플레이 (600)의 반사 편광자는 상기 기재된 바와 같은 하나의 콜레스테릭 액정 광학체를 포함한다. 콜레스테릭 액정 광학체의 특정 선택은, 예를 들어 비용, 크기, 두께, 물질, 및 관심있는 파장 범위 등의 인자에 따라 달라질 수 있다.
콜레스테릭 액정 광학체는 액정 디스플레이에 다른 특성을 제공하거나 증진시키는 다양한 다른 성분 및 필름과 같이 사용될 수 있다. 그러한 성분 및 필름은, 예를 들어 휘도 증진 필름, 1/4-파 플레이트 및 필름을 포함하는 지연판 다층 또는 연속상/분산상 반사 편광자, 금속화된 후면 반사기, 프리즘 후면 반사기, 확산 반사시키는 후면 반사기, 다층 유전성 후면 반사기 및 홀로그램 후면 반사기를 포함한다.
하기 실시예를 위한 모든 화학물질은 달리 명시되지 않는 한 알드리치 인크.(Aldrich, Inc.) (미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수할 수 있다.
실시예 1: 다양한 화합물의 합성
본원에 개시된 다양한 화합물을 형성하기 위한 반응식은 하기와 같이 기재될 수 있다.
Figure 112006014684216-pct00013
4-[(4-플루오로벤조일)옥시]페닐 4-{[6-(아크릴로일옥시)헥실]옥시}벤조에이트 (3a)의 제조:
반응 플라스크를 36.8 g (0.257 mol)의 4-플루오로벤조산, 53.21 g (0.526 mol)의 트리에틸아민 및 284 g의 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 충전하였다. 용액을 -30℃로 냉각시키고, 30.12 g (0.263 mol)의 메탄 술포닐 클로라이드를 첨가하였 다. -30℃에서 추가의 1시간 동안 교반을 유지한 후, 52.60 g (0.263 mol)의 4-(벤질옥시)페놀 및 3.2 g (0.026 mol)의 4-(디메틸아미노)피리딘을 첨가하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 실온으로 가온한 후, 3시간 동안 50℃로 가온하였다. 마지막으로, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 1 L의 물로 희석하였다. 조물질 1a를 여과 수거하고 물로 세척하였다. 중간체 1a를 1.5 L의 아세토니트릴로부터의 재결정화로 정제하여 백색 고체를 수득하였다.
30 g의 1a를 440 ml의 THF 중에 용해시키고, 실온 및 60 psi (약 410000 Pa) 수소 압력에서 1 g의 10％ 탄소상 팔라듐의 존재하에 밤새 수소첨가하였다. 촉매를 여과로 제거하고, 용매를 회전 증발기상에서 스트리핑하여 순수한 2a를 수득하였다.
반응 플라스크를 11.08 g (0.038 mol)의 4-{[6-(아크릴로일옥시)헥실]옥시}벤조산, 7.67 g (0.076 mol)의 트리에틸아민 및 110 g의 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 충전하였다. 용액을 -30℃로 냉각시키고, 4.34 g (0.038 mol)의 메탄 술포닐 클로라이드를 첨가하였다. -30℃에서 추가의 1시간 동안 교반을 유지한 후, 8.80 g (0.038 mol)의 중간체 2a 및 0.46 g (0.004 mol)의 4-(디메틸아미노)피리딘을 첨가하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 실온으로 가온한 후, 3시간 동안 50℃로 가온하였다. 마지막으로, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 300 ml의 물로 희석하였다. 조생성물을 여과 수거하고 물로 세척하였다. 생성물 3a를 아세토니트릴로부터의 재결정화로 정제하였다.
4-[(4-플루오로벤조일)옥시]페닐 4-[2-(아크릴로일옥시)에톡시]벤조에이트 (3b)의 제조:
4-{[6-(아크릴로일옥시)헥실]옥시}벤조산 대신에 4-[2-(아크릴로일옥시)에톡시}벤조산을 사용한 것을 제외하고는 3a와 동일한 절차로 3b를 제조하였다.
4-[(4-부톡시벤조일)옥시]페닐 4-[2-(아크릴로일옥시)에톡시]벤조에이트 (3c)의 제조:
4-플루오로벤조산 대신에 4-부톡시벤조산을 사용한 것을 제외하고는 3b와 동일한 절차로 3c를 제조하였다.
4-[(4-메톡시벤조일)옥시]페닐 4-[2-(아크릴로일옥시)에톡시]벤조에이트 (3d)의 제조:
4-플루오로벤조산 대신에 4-메톡시벤조산을 사용한 것을 제외하고는 3b와 동일한 절차로 3d를 제조하였다.
4-[(4-트리플루오로메틸벤조일)옥시]페닐 4-[2-(아크릴로일옥시)에톡시]벤조에이트 (3e)의 제조:
4-플루오로벤조산 대신에 4-트리플루오로메틸벤조산을 사용한 것을 제외하고는 3b와 동일한 절차로 3e를 제조하였다.
4-[(4-시아노벤조일)옥시]페닐 4-{[6-(아크릴로일옥시)헥실]옥시}벤조에이트 (7)의 제조:
508 ml의 N,N-디메틸포름아미드 중 tert-부틸디메틸실릴 클로라이드 (80 g, 0.531 mol), 4-(벤질옥시)페놀 (106.28 g, 0.531 mol), 이미다졸 (90.33 g, 1.327 mol)의 혼합물을 실온에서 2일 동안 교반하였다. 이어서, 혼합물을 빙조로 냉각시키고 400 ml의 물을 서서히 첨가하였다. 생성된 고체를 여과 수거하고, 물로 세척 한 후, 532 ml의 아세토니트릴로부터 재결정화하였다. 생성된 중간체 4는 큰 투명한 결정 형태이었다. 다음에, 35 g의 4를 실온에서 60 psi (약 410000 Pa) 수소 압력에서 10％ 탄소상 팔라듐의 존재하에 테트라히드로푸란 중에서 수소첨가하여 중간체 5를 수득하였다.
반응 플라스크를 9.03 g (0.061 mol)의 4-시아노벤조산, 12.43 g (0.123 mol)의 트리에틸아민 및 105.68 g의 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 충전시켰다. 용액을 -30℃로 냉각시키고, 7.04 g (0.061 mol)의 메탄 술포닐 클로라이드를 첨가하였다. -30℃에서 추가의 1시간 동안 교반을 유지한 후, 15 g (0.061 mol)의 5 및 0.75 g (0.006 mol)의 4-(디메틸아미노)피리딘을 첨가하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 실온으로 가온한 후, 3시간 동안 50℃로 가온하였다. 마지막으로, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 298 ml의 물로 희석하였다. 생성된 고체를 여과 수거하고 물로 세척한 후, 아세토니트릴로부터 재결정화하여 백색 고체를 수득하였다. 이어서, 백색 고체 (10 g, 0.028 mol)를 테트라부틸암모늄 플루오라이드 (7.76 g, 0.029 mol)와 함께 N,N-디메틸포름아미드 중에서 1.5시간 동안 교반한 후, 모든 휘발성 물질을 진공 스트리핑하여 조물질 6을 수득하고, 이어서 이를 컬럼 크로마토그래피 (실리카 겔, 클로로포름 중의 10％ 메탄올로 용리)로 정제하였다.
Figure 112006014684216-pct00014
반응 플라스크를 11.08 g (0.038 mol)의 4-{[6-(아크릴로일옥시)헥실]옥시}벤조산, 7.67 g (0.076 mol)의 트리에틸아민 및 110 g의 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 충전하였다. 용액을 -30℃로 냉각시키고, 4.34 g (0.038 mol)의 메탄 술포닐 클로라이드를 첨가하였다. -30℃에서 추가의 1시간 동안 교반을 유지한 후, 9.09 g (0.038 mol)의 중간체 6 및 0.46 g (0.004 mol)의 4-(디메틸아미노)피리딘을 첨가하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 실온으로 가온한 후, 3시간 동안 50℃로 가온하였다. 마지막으로, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 300 ml의 물로 희석하였다. 조생성물을 여과 수거하고 물로 세척하였다. 생성물 7을 에탄올로부터의 재결정화로 정제하였다.
실시예 2: 다양한 화합물의 효과
4-(2-아크릴옥시-에톡시)-벤조산 4'-시아노-비페닐-4-일 에스테르 (시아노 비페닐 벤조에이트 에틸 아크릴레이트 또는 C2로도 공지됨)은 유럽 특허 출원 공보 제834754호에 기재된 바와 같이 제조할 수 있으며, 하기 구조를 갖는 네마틱 액정 단량체이다.
Figure 112006014684216-pct00015
첨가제
시아노 비페닐 벤조에이트 에틸 아크릴레이트 12 중량％, 팔리오컬러 LC756 (바스프, 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재) 1 중량％, 팔리오컬러 LC242 (바스프, 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재) 0.2 중량％, 디옥솔란 45 중량％, 시클로헥사논 37 중량％, 사브롬화탄소 2 중량％ 및 바조(Vazo) 52 (듀폰, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재) 0.3 중량％를 배합하고 약 60℃에서 약 14시간 동안 질소 하에 가열하여 중합체 용액을 형성하였다.
14시간 후, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물 (표 1에 표시된 양)을 중합체 용액에 첨가하였다. 첨가제를 초기 고형분 중량의 15.5％의 양으로, 통상적으로는 추가 용매와 함께 첨가하였다. 생성된 용액을 60℃의 온 도에서 투명해질 때까지 혼합하였다. 이어서 혼합된 용액을 100 ㎛ 두께의 PET 필름 (SCOTHCPAR (상표명), 3M, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재) 상에 코팅하였다. 코팅된 필름을 약 120℃에서 약 12분 동안 베이킹하였다. 이어서 각각의 코팅된 필름의 스펙트럼을, 글랜-토마스 편광자 및 뉴포트(Newport) 영차(zero order) 무색성 1/4파 필름이 광학 경로에 있는 람다 900 분광광도계 (퍼킨 엘머, 미국 캘리포니아주 산타 클라라 소재)를 사용하여 측정하였다. 편광자 및 1/4파 플레이트를 배향시켜 스펙트럼의 최소 투과율 (소광율)(％) (％Tmin)을 얻었다. ％Tmin 값을 생성하는 파장에서, 편광자를 90° 회전시켜 스펙트럼의 통과 투과율(％) (％Tpass)을 측정하였다. 최대 콘트라스트 비 (CR)는 ％Tpass를 ％Tmin으로 나누어 얻었다. 관찰된 값을 하기 표 1에 기재하였다.
Figure 112006014684216-pct00016
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 사용된 모든 첨가제는 액정 중합체와 상용성이었으나 (이들은 통과 투과율이 모두 65％ 초과였음), 그에 의해 형성된 콜레스테릭 액정 필름의 소광 결과는 다양하였다. 80％ 초과의 통과 투과율은 우수한 필름 투명성을 제공한다. 이들은 모두, 첨가제를 갖지 않는 조성물 (대조군)에 비해 유사하거나 또는 보다 우수한(보다 낮은) 소광율을 갖는 콜레스테릭 액정층을 생성하였다. 투과율 10％ 미만의 소광율 값은 우수한 정렬 특성을 나타낸다. 또한, 시험된 모든 첨가제는 대조군에 비해 최대 콘트라스트 비가 향상된 콜레스테릭 액정 필름을 생성하였다.
도 4는 샘플 광 투과 스펙트럼의 예를 도시한다. 라인 (120) 및 (130)은 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV의 화합물을 갖지 않는 광학체의 반사 편광 및 통과 편광의 투과 스펙트럼이다. 라인 (100) 및 (110)은 상기한 콜레스테릭 액정 중합체에 첨가제로서 하기 화학식 C2로 표시되는 소분자를 포함하는 광학체의 반사 편광 및 통과 편광에 대한 투과 스펙트럼이다 (C2 첨가된 C2 중합체 및 C2 첨가된 C2 중합체 통과). 도 4는 소분자의 첨가시 스펙트럼 투명도(％Tpass)가 개선됨과 동시에 스펙트럼 소광율(％Tmin)이 감소되어 최대 콘트라스트 비 (CR)가 개선됨을 도식적으로 보여준다. 콘트라스트는 주어진 파장에서 통과 투과율(％) (％T)을 나타내는 2중 화살표 라인의 길이로 도식적으로 나타내었다.
<화학식 C2>
Figure 112006014684216-pct00017
공중합체
시아노 비페닐 벤조에이트 에틸 아크릴레이트 12 중량％, 팔리오컬러 LC756 (바스프, 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재) 1 중량％, 팔리오컬러 LC242 (바스프, 미국 노쓰 캐롤라이나주 샬로트 소재) 0.2 중량％, 디옥솔란 45 중량％, 시클로헥사논 37 중량％, 사브롬화탄소 2 중량％ 및 바조 52 (듀폰, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재) 0.3 중량％ 및 화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물을 배합하였다.
화학식 I, 화학식 II 또는 화학식 III의 화합물 (표 2에 나타낸 양)을 초기 고형분 중량의 15.5％의 양으로, 통상적으로는 추가 용매와 함께 첨가하였다. 생성된 용액을 투명해질 때까지 혼합하고, 60℃의 온도에서 질소 하에 약 14시간 동안 가열하였다. 이어서 혼합된 용액을 100 ㎛ 두께의 PET 필름 (Scotch Par (상표명), 3M, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재) 상에 코팅하였다. 코팅된 필름을 약 120℃에서 약 12분 동안 베이킹하였다. 이어서 각각의 코팅된 필름의 스펙트럼을, 글랜-토마스 편광자 및 뉴포트 영차 무색성 1/4파 필름이 광학 경로에 있는 람다 900 분광광도계 (퍼킨 엘머, 미국 캘리포니아주 산타 클라라 소재)를 사용하여 측정하였다. 편광자 및 1/4파 플레이트를 배향시켜 스펙트럼의 최소 투과율 (소광율)(％) (％Tmin)을 얻었다. ％Tmin 값을 생성하는 파장에서, 편광자를 90° 회전시켜 스펙트럼의 통과 투과율(％) (％Tpass)을 측정하였다. 최대 콘트라스트 비 (CR)는 ％Tpass를 ％Tmin으로 나누어 얻었다. 관찰된 값을 하기 표 2에 기재하였다.
Figure 112006014684216-pct00018
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 사용된 모든 공중합된 소분자는 85％ 이상의 통과 투과율을 제공하여 필름에 우수한 투명성을 제공하였다. 이들은 모두, 대조군에 비해 유사하거나 또는 보다 우수한(보다 낮은) 소광율을 갖는 콜레스테릭 액정층을 생성하였다. 10％ 미만의 소광율 값은 우수한 정렬 특성을 나타낸다. 또한, 시험된 모든 공중합체는 대조군에 비해 최대 콘트라스트 비가 향상된 콜레스테릭 액정 필름을 생성하였다.
본 발명은 상기한 특정 실시예에 제한되지 않는 것으로 고려되어야 하며, 첨부된 청구의 범위에 명백히 나타나있는 본 발명의 모든 측면을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 변형, 등가의 방법, 및 본 발명을 적용할 수 있는 수많은 구조가 본 명세서의 검토시 본 발명과 관련된 기술의 숙련가에게 용이하게 명백해질 것이다.

Claims (25)

  1. a) 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위를 포함하며, 상기 비키랄 분자 단위는 하기 화학식 C2의 화합물인 콜레스테릭 액정 화합물
    <화학식 C2>
    Figure 112009040938265-pct00039
    ; 및
    b) 하기 화학식
    Figure 112009040938265-pct00040
    및
    Figure 112009040938265-pct00041
    중 하나인 화합물 I
    을 포함하며, 상기 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위는 상기 화합물 I과 상이한 것인, 콜레스테릭 액정 조성물.
  2. a) 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위를 포함하며, 상기 비키랄 분자 단위는 하기 화학식 C2의 화합물인 콜레스테릭 액정 전구체
    <화학식 C2>
    Figure 112009040938265-pct00042
    ; 및
    b) 하기 화학식
    Figure 112009040938265-pct00043
    및
    Figure 112009040938265-pct00044
    중 하나인 화합물 I
    의 반응 생성물을 포함하며, 상기 키랄 분자 단위 및 비키랄 분자 단위는 상기 화합물 I과 상이한 것인, 콜레스테릭 액정 조성물.
  3. 디스플레이 매체; 및
    제1항에 따른 콜레스테릭 액정 조성물을 포함하는 반사 편광자
    를 포함하는 광학 디스플레이.
  4. 디스플레이 매체; 및
    제2항에 따른 콜레스테릭 액정 조성물을 포함하는 반사 편광자
    를 포함하는 광학 디스플레이.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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