KR101253094B1 - Method for preparing liquid crystalline blue phase I with excellent thermal stability - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 호스트 네마틱 액정에 첨가하는 벤트-코어 물질의 혼합 비율을 조절하여 탄성상수 K33이 K11보다 낮도록 제어함으로써 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability, and more particularly, by controlling the mixing ratio of the vent-core material added to the host nematic liquid crystal, the elastic constant K 33 is lower than K 11. By controlling so that the blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability can be prepared.

Description

열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법{Method for preparing liquid crystalline blue phase I with excellent thermal stability}Method for preparing liquid crystalline blue phase I with excellent thermal stability

본 발명은 호스트 네마틱 액정의 탄성상수 값을 조절하여 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability by adjusting the elastic constant value of the host nematic liquid crystal.

최근에는 블루 페이즈(블루상, blue phase)이라고 불리는 키랄성을 가진 액정이 3차원적으로 형성하는 복잡한 질서구조에 관하여 네마틱상과는 전혀 다른 광학적 성질이 있기 때문에 그 응용의 가능성이 주목받고 있다(M. Lee, S.-T. et al. J. Mater . Chem., 2010, 20, pp. 5813). 특히, 디스플레이에 관해서는 블루 페이즈가 네마틱 페이즈보다도 빠른 전기장 응답을 나타내며, 액정 패널의 기판 표면처리가 통상적인 네마틱 페이즈를 이용한 디스플레이보다도 간단하다는 점이 주목을 받고 있는 이유이다. 또한, 블루 페이즈의 기초적인 물성이 이해도 그 응용을 위해서는 필요불가결하며, 그것을 목표로 한 연구가 활발히 추진되고 있다. 그러나 블루 페이즈가 가지는 몇 가지 문제점 때문에 실제 응용에 많은 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제점 가운데 블루 페이즈가 디스플레이에 응용되기 위해 시급히 해결해야 할 문제점 중 등방성(isotropic, Iso) 페이즈와 키랄성네마틱(N*) 페이즈 사이의 좁은 온도 범위(대략 1℃)에서 열역학적으로 안정한 메조페이즈인 블루 페이즈를 사용 가능한 온도범위 내에 발현시킬 수 있는지에 대한 연구가 많이 진행되고 있다(P. P. Crooker, in Chirality in Liquid Crystals (Eds: H.-S. Kitzerow, C. Bahr), Springer, New York 200l, pp. 186-222; H. Kikuchi, Struct . Bonding, 2008, 128, pp. 99.). 이는 향후 적용에 대한 그들의 큰 잠재력이 빠른 광 모듈레이터 또는 조정 가능한 광자성 결정(photonic crystal)과 같은 장치를 개발하는데 유용하기 때문이다. Recently, the possibility of its application has been attracting attention because of its complex optical structure, which is three-dimensionally formed by a chiral liquid crystal called a blue phase (blue phase). Lee, S.-T. et al . J. Mater . Chem ., 2010, 20, pp. 5813). In particular, the display is attracting attention because the blue phase shows an electric field response faster than the nematic phase, and the substrate surface treatment of the liquid crystal panel is simpler than the display using the normal nematic phase. In addition, understanding the basic properties of the blue phase is indispensable for its application, and researches aiming at it are being actively promoted. However, some problems with the blue phase cause many problems in actual applications. Among these problems, the blue phase needs to be solved urgently for display applications. The mesophase is thermodynamically stable in a narrow temperature range (about 1 ° C) between an isotropic (iso) phase and a chiral nematic (N *) phase. Much research is being conducted on whether the blue phase can be expressed within the usable temperature range (PP Crooker, in Chirality in Liquid Crystals (Eds: H.-S. Kitzerow, C. Bahr), Springer, New York 200l, pp. 186-222; H. Kikuchi, Struct . Bonding , 2008, 128, pp. 99.). This is because their great potential for future applications is useful for developing devices such as fast optical modulators or adjustable photonic crystals.

블루 페이즈는 이중-트위스트 실린더(double-twist cylinder, DTC) 구조를 가지며, 그들의 특이한 구조는 상기 DTC가 3차원 공간에서 자기조립하는 방법에서 기인하는 것으로 사료된다. 블루 페이즈는 승온 순서에 따라 3개의 카테고리, 즉, BPI, BPII, 및 BPIII로 분류된다. 꽉 채워진 DTC의 좌우대칭은 BPI의 경우에는 체심 입방정(body-centred cubic) 구조이고, BPII인 경우에는 단순 입방형 구조이다. BPIII는 임의의 방향, 즉 비결정성 구조 갖는 DTC로 구성된 것으로 사료된다(D. C. Wright and N. D. Mermin, Rev . Mod . Phys., 1989, 61, pp. 385; H.-S. Kitzerow and P. P. Crooker, Phys . Rev . Lett., 1991, 67, pp. 2151). 블루 페이즈는 광학적으로 활성이 있고 비-복굴절이며, 그들은 가시광선 범위에서 원편광에 대한 브래그 반사를 나타낸다. 그들의 유일한 전기 광학적 특징들은 그들의 잠재적 적용의 관점에서는 매혹적이나, 그들이 좁은 온도 범위에서 존재한다는 사실은 향후 적용에 있어 주요 장애물이 된다. 특히, BPI의 온도 범위를 올리는 것은 실제로 필수불가결하다. 왜냐하면, BPII가 강한 키랄성 시스템에서 관찰되지 않고, BPIII는 오히려 그것의 특성들이 모호하게 되기 때문이다. The blue phase has a double-twist cylinder (DTC) structure, and their unusual structure is believed to be due to the way the DTC self-assembles in three-dimensional space. Blue phases are classified into three categories, namely BPI, BPII, and BPIII, in order of temperature rise. The left-right symmetry of the filled DTC is a body-centred cubic structure for BPI, and a simple cubic structure for BPII. BPIII is any direction, that is thought to consist of DTC that has an amorphous structure (DC Wright and ND Mermin, Rev Mod Phys, 1989, 61, pp 385;.... H.-S. Kitzerow and PP Crooker, Phys . Rev. Lett., 1991, 67, pp. 2151). The blue phases are optically active and non-birefringent, and they show Bragg reflections for circularly polarized light in the visible range. Their unique electro-optic features are fascinating in terms of their potential applications, but the fact that they exist in a narrow temperature range is a major obstacle to future applications. In particular, raising the temperature range of the BPI is indispensable. Because BPII is not observed in strong chiral systems, BPIII is rather vague in its properties.

이러한 문제를 극복하기 위한 몇몇 성공적인 시도들이 있어왔다. Kitzerow 등은 블루 페이즈 구조를 갖는 광반응성 액정단량체를 중합하여 블루 페이즈 구조를 갖는 고분자 액정 필름을 제조하였다(Liq . Cryst., 1993, 14, pp. 911). 그러나, 이 경우, 모든 구성 분자들이 고정되어 결과적으로 액정동력학이 없었다. 2002년에, Kikuchi 등이 소량의 고분자(7-8 wt%)를 도핑하여 고분자-안정화된 블루 페이즈를 개발함으로써 BPI의 온도 범위를 섭씨 몇 십도로 늘릴 수 있었다(Nat . Mater., 2002, 1, pp. 64). 상기 고분자에 의해 안정화된 BPI는 높은 스피드의 전기 광학적 반응을 나타냈다. 2005년도에, Coles 등은 큰 굽힘전기학을 갖는 바이메조제닉(bimesogenic) 분자 시스템에서 매우 넓은 온도 범위를 갖는 BPI의 관찰을 보고하였다(Nature, 2005, 436, pp. 997). 이 경우, 블루 페이즈 격자의 반사 색은 전기장을 인가함으로써 가역적으로 조정될 수 있다. 보다 최근에는, Choi 등이 네마틱 페이즈를 갖는 벤트-코어(bent-core) 물질과 나선의 높은 헬리컬 트위스팅 파워(helical twisting power)를 갖는 몇 퍼센트의 키랄성 첨가제의 단순 혼합물에서 BPI의 온도 범위를 조사하였다. 그들은 이론 연구에서 이미 예상된 바 있는 벤트-코어 물질 시스템에서 넓은 온도 범위(15℃ 이내)를 갖는 BPI의 존재를 실험적으로 확인하였다(G. P. Alexander, J. M. Yeomans, Phys . Rev . E, 2006, 74, pp. 061706; F. Castles, S. M. et al., Phys . Lett ., 2010, 104, pp. 157801). 또한, 중국 연구자 그룹에서 키랄성 및 벤트-코어 액정의 혼합물에서 넓은 온도 범위, 즉 29℃의 온도 범위를 갖는 BPI를 보고한바 있다(Z. Zheng, D et al. New J. Phys., 2010, 12, pp. 113018). 후자의 경우 벤트-코어 물질로 인한 경사결함선의 번짐(K11) 및 굽힘(K33) 변형의 탄성 에너지값의 감소로 설명할 수 있다(M. Nakata et al. Phys . Rev . E, 2003, 68, pp. 041710; H. Chen et al. Appl . Phys . Lett., 2010, 97, pp. 181919). Several successful attempts have been made to overcome this problem. Kitzerow et al. Polymerized a photoreactive liquid crystal monomer having a blue phase structure to prepare a polymer liquid crystal film having a blue phase structure ( Liq . Cryst ., 1993, 14, pp. 911). However, in this case, all the constituent molecules were fixed and consequently there was no liquid crystal dynamics. In 2002, Kikuchi et al. Developed a polymer-stabilized blue phase by doping a small amount of polymer (7-8 wt%) to increase the temperature range of BPI by several decades ( Nat . Mater ., 2002, 1 , pp. 64). BPI stabilized by the polymer showed a high speed electro-optic response. In 2005, Coles et al. Reported the observation of BPI with a very wide temperature range in bimesogenic molecular systems with large bending electromagnetisms ( Nature , 2005, 436, pp. 997). In this case, the reflection color of the blue phase grating can be reversibly adjusted by applying an electric field. More recently, Choi et al. Described the temperature range of BPI in a simple mixture of bent-core materials with nematic phases and a few percent chiral additives with high helical twisting power of the helix. Investigate. They experimentally confirmed the presence of BPI with a wide temperature range (within 15 ° C) in a vent-core material system that was previously expected in theoretical studies (GP Alexander, JM Yeomans, Phys . Rev. E , 2006, 74, pp. 061706; F. Castles, SM et al ., Phys . Lett . , 2010, 104, pp. 157801). In addition, a group of Chinese researchers has reported a BPI with a wide temperature range, ie, a temperature range of 29 ° C., in a mixture of chiral and bent-core liquid crystals (Z. Zheng, D et. al . New J. Phys ., 2010, 12, pp. 113018). The latter can be explained by the reduction of the elastic energy values of the bleeding (K 11 ) and bending (K 33 ) deformations of warp defect lines due to the vent-core material (M. Nakata et al . Phys . Rev. E , 2003, 68, pp. 041710; H. Chen et al . Appl . Phys . Lett ., 2010, 97, pp. 181919).

몇몇 연구 그룹들이 BPI의 온도 범위의 확대에 대한 이론적 및 실험적 발견에 이바지하였으나, 호스트 네마틱 액정의 탄성상수 같은 실제적으로 평가된 물리적 변수 및 블루 페이즈의 총 온도 범위 간의 상관관계의 직접적인 실험 증거에 대한 연구는 거의 없다.
Several research groups have contributed to the theoretical and experimental findings of the broadening of the BPI's temperature range, but to direct experimental evidence of the correlation between the actual temperature of the blue phase and the total temperature range of the physical phase, such as the elastic constant of the host nematic liquid crystal. There is little research.

본 발명의 목적은 호스트 네마틱 액정의 탄성상수와 블루 페이즈 I 액정의 열적 안정성 간의 상관관계를 조사하여 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing a blue phase I having excellent thermal stability by investigating the correlation between the elastic constant of the host nematic liquid crystal and the thermal stability of the blue phase I liquid crystal.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 호스트 네마틱 액정으로부터 블루 페이즈 I 액정을 제조함에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a blue phase I liquid crystal from the host nematic liquid crystal,

상기 호스트 네마틱 액정의 탄성상수를 하기 수학식 1과 같이 제어하는 단계를 포함하는 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법을 제공한다:It provides a method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability comprising the step of controlling the elastic constant of the host nematic liquid crystal as shown in Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011057718239-pat00001

Figure 112011057718239-pat00001

상기 식에서,Where

K33은 굽힘 프랭크 탄성상수(bend Frank elasticity constant)이고,K 33 is the bend Frank elasticity constant,

K11은 번짐 프랭크 탄성상수(splay Frank elasticity constant)를 나타낸다.
K 11 represents the splay Frank elasticity constant.

본 발명은 호스트 네마틱 액정의 탄성상수를 조절하여 이로부터 제조되는 블루 페이즈 I 액정의 열적 안정성을 유도할 수 있다.
The present invention can induce thermal stability of the blue phase I liquid crystal prepared therefrom by adjusting the elastic constant of the host nematic liquid crystal.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 사용된 벤트-코어 물질의 화학 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 동일한 감소된 온도(T NI - 20 ℃)에서 벤트-코어 물질을 농도별로 첨가한 4 종류의 호스트 네마틱 액정에 대해 탄성상수, K11 및 K33의 값을 측정한 결과이다.
도 3은 벤트-코어 물질을 농도별로 첨가한 4 종류의 호스트 네마틱 액정에서 유래한 블루 페이즈 I 액정의 전체 온도 범위를 나타낸 것이다.
도 4는 25 중량부의 키랄성 도펀트로 도핑된 호스트 네마틱 액정(BC30)의 전형적인 편광광학 현미경사진도로, 냉각 시(1 ℃/분), 블루 페이즈 I 액정의 채색판이 보이며((a)-(e)), 24시간 동안 30℃에서 보존 후, 블루 페이즈 I 액정이 그대로 유지됨을 나타낸다(f).
1 shows the chemical structure of a vent-core material used in one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the elastic constants, K 11 , for the four host nematic liquid crystals with the concentration of vent-core material added at the same reduced temperature ( T NI -20 ° C.). And K 33 .
Figure 3 shows the entire temperature range of the blue phase I liquid crystal derived from four types of host nematic liquid crystal in which the vent-core material is added for each concentration.
FIG. 4 is a typical polarization optical micrograph of a host nematic liquid crystal (BC30) doped with 25 parts by weight of a chiral dopant, upon cooling (1 ° C./min), showing a colored plate of blue phase I liquid crystal ((a)-(e ), After the preservation at 30 ° C. for 24 hours, it indicates that the blue phase I liquid crystal is maintained as it is (f).

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.

본 발명은 호스트 네마틱 액정으로부터 블루 페이즈 I 액정을 제조함에 있어서,The present invention provides a blue phase I liquid crystal from a host nematic liquid crystal.

상기 호스트 네마틱 액정의 탄성상수를 하기 수학식 1과 같이 제어하는 단계를 포함하는 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법에 관한 것이다:It relates to a method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability comprising the step of controlling the elastic constant of the host nematic liquid crystal as shown in Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011057718239-pat00002

Figure 112011057718239-pat00002

상기 식에서,Where

K33은 굽힘 프랭크 탄성상수(bend Frank elasticity constant)이고,K 33 is the bend Frank elasticity constant,

K11은 번짐 프랭크 탄성상수(splay Frank elasticity constant)를 나타낸다.K 11 represents the splay Frank elasticity constant.

본 발명의 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법은 호스트 네마틱 액정으로부터 블루 페이즈 I 액정을 제조할 때 상기 수학식 1과 같이 상기 호스트 네마틱 액정의 탄성상수, K33이 K11의 값보다 작도록 제어하면 블루 페이즈 I 액정의 작동 온도 범위가 넓어지는 특징이 있다.The method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability according to the present invention is that when the blue phase I liquid crystal is produced from a host nematic liquid crystal, the elastic constant of the host nematic liquid crystal, K 33 is the value of K 11 , as shown in Equation 1 above. The smaller control feature extends the operating temperature range of the Blue Phase I liquid crystal.

상기 블루 페이즈 I 액정은 등방성 상태의 호스트 네마틱 액정을 냉각하여 제조할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The blue phase I liquid crystal may be prepared by cooling the host nematic liquid crystal in an isotropic state, but is not particularly limited thereto.

상기 호스트 네마틱 액정은 봉상 형태, 밴드 형태, T자 형태의 구조를 갖는 액정, 또는 이들 액정의 혼합물 등을 사용할 수 있으나. 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The host nematic liquid crystal may be a rod-shaped, band-shaped, T-shaped liquid crystal, or a mixture of these liquid crystals. There is no particular limitation to this.

상기 탄성상수들은 호스트 네마틱 액정에 첨가하는 벤트-코어 물질에 의해 제어될 수 있다.The elastic constants can be controlled by the vent-core material added to the host nematic liquid crystal.

바람직하게는, 호스트 네마틱 액정 100 중량부에 대하여 27 내지 50 중량부의 벤트-코어 물질을 추가하여 제어할 수 있다. 상기 벤트-코어 물질의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 K33이 K11의 값을 초과하게 되어 블루 페이즈 I 액정의 작동 온도 범위는 5 ℃ 이내로 좁아질 수 있다.Preferably, 27 to 50 parts by weight of the vent-core material may be added to 100 parts by weight of the host nematic liquid crystal. When the content of the vent-core material is out of the range, K 33 exceeds the value of K 11 , and thus the operating temperature range of the blue phase I liquid crystal may be narrowed to within 5 ° C.

상기 벤트-코어 물질은 밴드 형태 또는 T자 형태의 구조를 갖는 하기 화학식 1 내지 3로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다:The vent-core material may use at least one of compounds represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 having a band or T-shaped structure, but is not particularly limited thereto.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112011057718239-pat00003

Figure 112011057718239-pat00003

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112011057718239-pat00004

Figure 112011057718239-pat00004

[화학식 3](3)

Figure 112011057718239-pat00005

Figure 112011057718239-pat00005

또한, 본 발명의 제조방법에 있어서 호스트 네마틱 액정의 탄성상수를 제어하기 위해 벤트-코어 물질을 함유하는 호스트 네마틱 액정 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부의 키랄성 도펀트를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 범위 내일 경우 탄성상수 값은 상기 수학식 1을 만족한다.In addition, in the manufacturing method of the present invention, in order to control the elastic constant of the host nematic liquid crystal, 5 to 50 parts by weight of the chiral dopant may be further added to 100 parts by weight of the host nematic liquid crystal containing the vent-core material. . In the above range, the elastic constant value satisfies Equation 1 above.

상기 키랄성 도펀트는 헬리컬 트위스팅 파워(HTP)의 크기의 종류에 상관없이 호스트 네마틱 액정을 키랄성 네마틱으로 유도할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, BASF 사의 LC756, Merck 사의 S-811 등을 사용할 수 있다. The chiral dopant may be used without limitation as long as it is a material capable of inducing a host nematic liquid crystal to chiral nematic regardless of the type of helical twisting power (HTP). For example, LC756 of BASF Corporation, S-811 of Merck Corporation, etc. can be used.

본 발명의 제조방법에 따른 블루 페이즈 I 액정은 -20℃ 내지 80℃의 온도 범위에서 안정한 것을 특징으로 한다. Blue Phase I liquid crystal according to the production method of the present invention is characterized in that it is stable in the temperature range of -20 ℃ to 80 ℃.

상기 벤트-코어 물질을 네마틱 액정에 도핑함으로써 K33이 현저히 감소하며, 결함에 대한 자유에너지 값이 감소하여 블루 페이즈 I 액정의 이중-트위스트 실린더(double-twist cylinder, DTC) 구조의 안정화를 유도한다. 이러한 요인들이 블루 페이즈 I 액정의 작동 온도 범위를 넓혀 액정표시소자뿐만 아니라 빠른 광 모듈레이터, 조정 가능한 광자성 결정 등의 장치 개발에 적용할 수 있다.
Doping the vent-core material into the nematic liquid crystal significantly reduces K 33 and reduces the free energy value for defects, leading to stabilization of the double-twist cylinder (DTC) structure of the blue phase I liquid crystal. do. These factors broaden the operating temperature range of Blue Phase I liquid crystals and can be applied to devices such as fast optical modulators and adjustable photonic crystals as well as liquid crystal display devices.

이하, 본 발명에 따르는 실시예 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

<실시예 1> 벤트-코어 물질이 부가된 호스트 네마틱 액정의 제조Example 1 Preparation of Host Nematic Liquid Crystal Added with Vent-Core Material

다양한 농도의 도 1에 도시된 벤트-코어 물질과 공지의 네마틱 액정(NLC)의 호스트 혼합물 4 종류, 즉, 17 중량부(BC17), 20 중량부(BC20), 25 중량부(BC25), 및 30 중량부(BC30)를 제조하였다. 본 실시예에서 사용된 NLC(BYLC53XX, BaYi Space Co.)는 양성 유전 이방성(Δε)을 갖는 공융 혼합물이며, 냉각 과정 동안 하기의 페이즈 순서를 나타냈다. 즉, 등방성(Iso)-(101℃)-네마틱(N)-(-40 ℃)-결정(Cryst). 벤트-코어 물질은 N 페이즈를 가지고 있으며, 냉각 과정 동안 하기의 페이즈 순서를 나타냈다. 즉, Iso-(99℃)-N-(82 ℃)-B4-(76 ℃)-Cryst. Four host mixtures of the vent-core material and known nematic liquid crystals (NLC) shown in FIG. And 30 parts by weight (BC30) was prepared. NLC (BYLC53XX, BaYi Space Co.) used in this example is a eutectic mixture with positive dielectric anisotropy (Δε) and shows the following phase sequence during the cooling process. Namely, isotropic (Iso)-(101 ° C.)-Nematic (N)-(-40 ° C.)-Crystal (Cryst). The vent-core material had N phases and exhibited the following phase sequence during the cooling process. Namely, Iso- (99 ° C) -N- (82 ° C) -B4- (76 ° C) -Cryst.

합성된 4개의 호스트 NLC의 구성 분획 및 상-전이 온도는 표 1에 요약하였다. The constituent fractions and phase-transition temperatures of the four host NLCs synthesized are summarized in Table 1.

Figure 112011057718239-pat00006
Figure 112011057718239-pat00006

<실험예 1> 호스트 네마틱 액정의 탄성상수 조사Experimental Example 1 Investigation of Elastic Constants of Host Nematic Liquid Crystal

동일한 감소된 온도(T NI - 20 ℃, T NI: N-Iso 상전이 온도)에서 벤트-코어 물질의 농도에 따른 호스트 네마틱 액정의 탄성 상수, K11 및 K33 를 측정하였다. 혼합된 호스트 NLC의 탄성 상수 K11 및 K33는 커패시턴스 측정을 수행하여 측정하였다. 커패시턴스 측정을 위해, 서로 반대방향의 러빙방향을 가지는 폴리이미드가 코팅된 유리 기판이 있는 샌드위치 셀을 제조하였다. 두 개의 기판 사이의 셀 갭은 볼 스페이서를 이용하여 10㎛로 유지하였다. Elastic constants of host nematic liquid crystals with concentration of vent-core material at the same reduced temperature ( T NI -20 ° C, T NI : N-Iso phase transition temperature), K 11 And K 33 were measured. Elastic Constant K 11 of Mixed Host NLC And K 33 were measured by performing capacitance measurements. For capacitance measurement, sandwich cells with polyimide coated glass substrates having rubbing directions opposite to each other were prepared. The cell gap between the two substrates was kept at 10 μm using a ball spacer.

도 2에 나타난 바와 같이, K11 및 K33의 값은 벤트-코어 물질의 농도가 증가함에 따라 다음의 성향을 나타냈다: K11이 약간 증가하는 반면, K33는 극적으로 감소하였다. 벤트-코어 물질의 농도가 증가함에 따라 호스트 NLC의 K33에서의 감소는 굽힘 뒤틀림과 더불어 상기 벤트-코어 물질의 구부러진 형상이 강력한 근거가 되었기 때문이다. 벤트-코어 물질을 첨가함에 따른 NLC 시스템의 K33에서의 감소는 Dodge 등에 의해 이미 보고된 바 있다. BC17의 경우, K33이 K11보다 훨씬 더 높은 반면, BC30의 경우, K33이 K11보다 훨씬 더 낮았다. 흥미롭게도, K11 및 K33의 값은 BC25의 주변에 걸쳐있었다. 즉, 벤트-코어 물질의 농도가 BC25의 것 보다 더 작은 영역에서는 K33의 값이 K11보다 더 높은 반면, 벤트-코어 물질의 농도가 BC25 보다 더 높은 영역에서는 K33의 값이 K11보다 더 낮았다.
As shown in FIG. 2, K 11 The values of and K 33 showed the following tendency as the concentration of the vent-core material increased: K 11 slightly increased, while K 33 decreased dramatically. As the concentration of vent-core material increased, the decrease in K 33 of the host NLC was due to the bending distortion and the curved shape of the vent-core material as a strong basis. The reduction in K 33 of the NLC system with the addition of vent-core material has already been reported by Dodge et al. For BC17 K 33 was much higher than K 11 , while for BC30 K 33 was much lower than K 11 . Interestingly, K 11 And values of K 33 span the periphery of BC25. That is, in areas where the concentration of vent-core material is smaller than that of BC25, K 33 is higher than K 11 , whereas in areas where the concentration of vent-core material is higher than BC25, the value of K 33 is higher than K 11 . Lower.

<실시예 2> 키랄성 도펀트가 부가된 호스트 네마틱 액정으로부터 블루 페이즈 I 액정의 제조 및 열적 안정성 조사Example 2 Preparation and Thermal Stability of Blue Phase I Liquid Crystal from Host Nematic Liquid Crystal Added Chiral Dopant

벤트-코어 물질의 농도별로 4 종류의 호스트 NLC에서 유래한 BPI의 총 온도 범위를 측정하였다. 혼합된 호스트 NLC에 키랄성을 도입하기 위해, 25 중량부의 키랄성도펀트(S811, Merck)를 상기 실시예 1의 벤트-코어 물질이 첨가된 전체 호스트 NLC 100 중량부에 첨가하였다. 이들 혼합물들을 두 기판 상에 폴리이미드 코팅등의 러빙 처리없이 5 ㎛ 두께의 셀에 주입하고, 편광광학현미경(polarised optical microscope, POM)으로 관찰하였다. 시료의 온도는 1 ℃/분의 냉각속도로 핫 스테이지(hot stage)를 이용하여 정확히 제어하였다. The total temperature range of BPI derived from four types of host NLC was measured for each concentration of the vent-core material. To introduce chirality into the mixed host NLC, 25 parts by weight of chiral dopants (S811, Merck) were added to 100 parts by weight of the total host NLC to which the vent-core material of Example 1 was added. These mixtures were injected into a 5 μm thick cell on the two substrates without a rubbing treatment such as polyimide coating and observed with a polarized optical microscope (POM). The temperature of the sample was precisely controlled by using a hot stage at a cooling rate of 1 ° C / min.

도 3은 벤트-코어 물질의 농도 별로 4 종류의 호스트 NLC에서 유래한 BPI의 전체 온도 범위를 나타낸다. 호스트 NLC의 K33의 값이 K11보다 더 높은 BC17 및 BC20의 경우, BPI의 온도 범위는 ~2℃였으며, 이는 키랄성 첨가제를 섞은 기존의 NLC와 같다. 호스트 NLC의 K33의 값이 K11보다 더 낮은 BC25의 경우, BPI의 온도 범위는 ~5℃로 관찰되었다. 마지막으로, 호스트 NLC의 K33의 값이 K11보다 훨씬 더 낮은 BC30의 경우, BPI의 온도 범위는 ~30℃로 관찰되었고, 이는 키랄성 첨가제와 혼합한 기존의 NLC의 값 보다 훨씬 더 넓다. 즉, K33이 K11보다 더 높은 경우, BPI는 좁은 온도 범위에서만 보였다. 일반적으로, 종래의 봉상 형태의 NLC의 경우에서 K33이 K11보다 더 높았고, K33가 감소하면, BPI의 온도 범위는 넓어진다. 마지막으로, K33이 K11보다 훨씬 더 낮은 경우, BPI의 온도 범위는 종래의 NLC의 것보다 훨씬 더 넓어지는 것으로 관찰되었다.Figure 3 shows the overall temperature range of BPI derived from four types of host NLC according to the concentration of the vent-core material. For BC17 and BC20, where K 33 of the host NLC was higher than K 11 , the temperature range of BPI was ˜2 ° C., which is the same as conventional NLC with chiral additives. For BC25, where K 33 of host NLC was lower than K 11 , the temperature range of BPI was observed at ˜5 ° C. Finally, for BC30, where the K 33 value of the host NLC is much lower than K 11 , the temperature range of BPI was observed at ˜30 ° C., which is much wider than that of conventional NLC mixed with chiral additives. That is, when K 33 is higher than K 11 , BPI was only seen in a narrow temperature range. In general, if it is 33 K was higher, K 33 is lower than 11 K in the case of the conventional stick-shaped form of the NLC, the temperature range of BPI is widened. Finally, when K 33 is much lower than K 11 , the temperature range of BPI was observed to be much wider than that of conventional NLC.

도 4는 25 중량부의 키랄성 도펀트로 도핑된 BC30의 전형적인 편광광학 현미경사진도를 나타낸 것으로, 등방성(Iso) 페이즈를 점차적으로 냉각시키면, BPI의 전형적인 광학 구조를 대표하는 채색판이 보이며(도 4(a)-(e)), 그것의 색은 블루 페이즈(BP) 격자에 의해 반사된다.FIG. 4 shows a typical polarization optical micrograph of BC30 doped with 25 parts by weight of chiral dopant, gradually cooling the isotropic phase, showing a colored plate representative of the typical optical structure of BPI (FIG. 4 (a). )-(e)), its color is reflected by the blue phase (BP) grating.

상기 실시예 1의 BPI의 열역학적 안정성을 확인하기 위해, 상기 셀을 24시간 동안 30℃에서 보존한 결과, 도 4(e) 및 (f)에 나타난 바와 같이, BPI는 그대로 유지되었다. 그리하여, BPI의 온도 범위가 연장된 것은 초-냉각 탓이 아니며, 수득된 BPI는 열역학적으로 안정한 상임을 확인하였다.In order to confirm the thermodynamic stability of the BPI of Example 1, the cell was stored at 30 ° C. for 24 hours, and as shown in FIGS. 4E and 4F, the BPI was maintained as it is. Thus, the extended temperature range of BPI was not attributed to super-cooling, and the obtained BPI was confirmed to be a thermodynamically stable phase.

결론적으로, 본 발명은 호스트 네마틱 액정의 탄성상수 및 그들의 BPI의 열적 안정성 간의 상관관계를 분석하였고, 종래의 네마틱 액정에 벤트-코어 물질을 첨가하면 종래의 시스템에 비해 훨씬 더 넓어진 BPI 온도 범위를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 이 결과는 벤트-코어 물질을 종래의 네마틱 액정에 도핑하는 것은 K33에서의 현저한 감소, 결함에 대한 자유 에너지값의 감소 및 DTC의 안정화를 유도한다. 이들 요인들은 BPI의 온도 범위를 증가시킨다. 상기 실험 결과로부터, BPI의 열적 안정성은 호스트 네마틱 액정의 탄성상수의 값에 강하게 달려있음을 입증한다. 상기 안정성은 K33이 K11보다 더 작을 때 더 커진다.
In conclusion, the present invention analyzed the correlation between the elastic constants of host nematic liquid crystals and the thermal stability of their BPI, and the addition of vent-core materials to conventional nematic liquid crystals resulted in a much wider BPI temperature range than conventional systems. It was found that to get. This result indicates that doping the vent-core material to a conventional nematic liquid crystal leads to a significant reduction in K 33 , a reduction in free energy value for defects and stabilization of the DTC. These factors increase the temperature range of the BPI. From the experimental results, it is demonstrated that the thermal stability of the BPI depends strongly on the value of the elastic constant of the host nematic liquid crystal. The stability is greater when K 33 is smaller than K 11 .

Claims (6)

호스트 네마틱 액정으로부터 블루 페이즈 I 액정을 제조함에 있어서,
호스트 네마틱 액정과 밴드 형태 또는 T자 형태의 구조를 갖는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 벤트-코어(bent-core) 물질 중 적어도 하나를 혼합하고, 상기 호스트 네마틱 액정의 탄성상수를 하기 수학식 1과 같이 제어하는 단계를 포함하는 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112012105972247-pat00015


[화학식 2]
Figure 112012105972247-pat00016


[화학식 3]
Figure 112012105972247-pat00017

[수학식 1]
Figure 112012105972247-pat00007


상기 식에서,
K33은 굽힘 프랭크 탄성상수(bend Frank elasticity constant)이고,
K11은 번짐 프랭크 탄성상수(splay Frank elasticity constant)를 나타낸다.
In preparing a blue phase I liquid crystal from a host nematic liquid crystal,
The host nematic liquid crystal and at least one of a bent-core material represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 having a band or T-shaped structure are mixed, and the elastic constant of the host nematic liquid crystal is Method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability including the step of controlling as in Equation 1:
[Formula 1]
Figure 112012105972247-pat00015


(2)
Figure 112012105972247-pat00016


(3)
Figure 112012105972247-pat00017

[Equation 1]
Figure 112012105972247-pat00007


In this formula,
K 33 is the bend Frank elasticity constant,
K 11 represents the splay Frank elasticity constant.
제1항에 있어서,
호스트 네마틱 액정은 봉상 형태, 밴드 형태, T자 형태, 또는 이들의 혼합 액정인 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법.
The method of claim 1,
A host nematic liquid crystal is a rod-shaped, band-shaped, T-shaped, or a mixture of these liquid crystals of the blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability.
제1항에 있어서,
벤트-코어 물질은 호스트 네마틱 액정 100 중량부에 대하여 27 내지 50 중량부로 혼합되는 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법.
The method of claim 1,
The vent-core material is a method for producing a blue phase I liquid crystal excellent in thermal stability is mixed in 27 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the host nematic liquid crystal.
삭제delete 제1항에 있어서,
벤트-코어 물질을 함유하는 호스트 네마틱 액정 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부의 키랄성 도펀트를 추가로 첨가하는 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법.
The method of claim 1,
A method for producing a blue phase I liquid crystal having excellent thermal stability by further adding 5 to 50 parts by weight of a chiral dopant with respect to 100 parts by weight of a host nematic liquid crystal containing a vent-core material.
제1항에 있어서,
블루 페이즈 I 액정은 -20℃ 내지 80℃의 온도 범위에서 안정한 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 I 액정의 제조방법.
The method of claim 1,
Blue phase I liquid crystal is a method for producing a blue phase I liquid crystal excellent in stable thermal stability in the temperature range of -20 ℃ to 80 ℃.
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