KR101882534B1 - 액정 조성물, 고분자/액정 복합체, 액정 소자, 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

배향 상태의 무질서가 저감되는 고분자/액정 복합체를 형성하는 액정 조성물이 제공된다. 액정 조성물은 블루상을 발현하는 액정 재료 및 아래 화학식 G1으로 표현되는 액정 단량체를 포함한다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다. 화학식 G1에서, X는 메소겐 골격을 나타내고; Y1 및 Y2는 개별적으로 탄소 원자 및/또는 산소 원자의 합계가 1 내지 20인 알킬렌기를 나타낸다. 또한, 화학식 G1에서, 알킬렌기 및 알킬기는 카르보닐기를 포함할 수도 있고 에테르 결합을 가질 수도 있다. 게다가, 카르보닐기 및 에테르 결합은 에스테르 구조를 형성할 수도 있다. 화학식 G1에서, Z1 및 Z2는 개별적으로 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 나타낸다.

Description

액정 조성물, 고분자/액정 복합체, 액정 소자, 및 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, POLYMER/LIQUID CRYSTAL COMPOSITE, LIQUID CRYSTAL ELEMENT, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 고분자-안정화 블루상을 실현하는 액정 조성물, 액정 조성물을 고분자 안정화시켜 수득된 고분자/액정 복합체, 액정 소자, 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 평판 디스플레이가 실용화되어 종래의 브라운관을 사용한 디스플레이를 대체하고 있다. 평판 디스플레이에는 액정 표시 소자를 갖는 액정 표시 장치, 전계-발광 소자 (EL 소자)를 갖는 EL 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 등이 포함되고, 시장에 있어서 이들이 경합하고 있다. 현재는, 다양한 기술을 사용함으로써 결점의 극복 및 생산 비용의 억제에 의해 액정 표시 장치가 우위한 입장에 있다.
그러나, 상술한 액정 표시 장치는 소자의 응답 속도 (표시의 변환 속도)에서 기타 평판 디스플레이보다 열등하다. 응답 속도의 결점을 극복하기 위한 다양한 기술이 이제까지 제안되어 왔다. 종래의, 소위 트위스티드 네마틱(TN) 모드로 칭해지는 액정 구동 방식을 이용하는 액정 소자에서는 응답 속도가 대략 10 ms이지만, 광학 보상 밴드 (optical compensated bend: OCB) 모드 또는 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal: FLC) 모드를 이용하는 액정 소자는 대략 1 ms의 응답 속도의 향상을 실현하고 있다.
액정의 이들 두 가지 구동 방식으로서 많이 주목받는 또 다른 기술은 블루상이라 칭해지는 상태를 액정 표시 소자에 적용한다 (예를 들어 특허 문헌 1 참조). 블루상은 콜레스테릭상과 등방상 사이에 출현하는 액정상이고, 극히 고속의 응답속도를 특징으로 갖는다. 이러한 블루상을 사용함으로써, 액정 표시 장치의 응답시간을 1 ms 이하로 하는 것이 가능하다.
블루상은, 수 섭씨의 좁은 온도 범위에서 배향 상태를 유지할 수 있는 특징을 갖지만, 블루상을 발현하는 액정 재료와 중합성 단량체를 함유하는 액정 조성물을 중합시켜 수득된 고분자/액정 복합체를 사용함으로써, 블루상이 출현하는 온도 범위가 개선될 수 있는 것으로 보고되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
PCT 국제 공개 번호 WO2005/090520 일본 공개 특허 출원 번호 2003-327966
그러나, 고분자/액정 복합체를 수득하기 위해 블루상을 발현하는 액정 재료와 중합성 단량체를 함유하는 액정 조성물을 고분자 안정화 처리하여 중합시킨 경우, 일부 경우에 블루상의 배향 상태를 유지할 수 없는 것으로 확인되어 있다. 배향 상태의 무질서는 고분자/액정 복합체의 고분자-안정화 블루상을 이용한 액정 소자의 결함 또는 액정 패널 등의 액정 소자를 사용한 표시 패널의 결함을 야기하고, 이는 수율 등의 저하를 초래한다. 상기 문제를 감안하여, 개시된 본 발명의 한 실시형태의 목적은 고분자/액정 복합체의 블루상의 배향 상태의 무질서를 저감시킬 수 있는 액정 조성물을 제공하는 것이다. 고분자/액정 복합체의 블루상의 배향 상태의 무질서를 저감시키기 위해서, 또 다른 목적은 확대된 온도 범위에서 고분자 안정화 처리에 적용될 수 있는 액정 조성물을 제공하는 것이다. 고분자 안정화 처리에 의해, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체가 수득된다. 또 다른 목적은 액정 조성물을 중합시켜 수득된 고분자/액정 복합체를 함유하는 액정 소자를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 액정 소자의 구동 전압을 저하시키는 것이다. 또 다른 목적은 액정 조성물을 중합시켜 수득된 고분자/액정 복합체를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 액정 소자를 사용하여 제조된 액정 표시 장치의 구동 전압을 저하시키는 것이다. 또 다른 목적은 액정 조성물에 함유되는 신규한 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료와 아래 화학식 G1으로 표현되는 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물이다. 액정 조성물에는 비액정 단량체 및 중합 개시제가 포함될 수도 있다는 점에 주목한다.
<화학식 G1>
Figure 112013041264195-pct00001
화학식 G1에서, X는 메소겐 골격을 나타내고; Y1 및 Y2는 개별적으로 탄소 원자 및/또는 산소 원자의 합계가 1 내지 20인 알킬렌기를 나타낸다. 알킬렌기의 길이는 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 길이이다. 알킬렌기는 측쇄로서 알킬기를 포함할 수도 있다. 게다가, 알킬렌기 및 알킬기는 카르보닐기를 포함할 수도 있고 에테르 결합을 가질 수도 있다. 게다가, 카르보닐기 및 에테르 결합은 에스테르 구조를 형성할 수도 있다. 화학식 G1에서, Z1 및 Z2는 개별적으로 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 나타낸다.
위의 구조에 있어서, 화학식 G1 중 Y1 및 Y2는 개별적으로 탄소 원자 및/또는 산소 원자의 합계가 홀수인 알킬렌기를 나타낸다는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료, 아래 화학식 G1-1로 표현되는 액정 단량체, 비액정 단량체, 및 중합 개시제를 함유하는 액정 조성물이다.
<화학식 G1-1>
Figure 112013041264195-pct00002
화학식 G1-1에서, X1은 메소겐 골격을 나타내고; R1 및 R2는 개별적으로 수소 및 메틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 화학식 G1-1에서, n 및 m은 개별적으로 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 1 내지 19 중 어느 하나이다.
위의 구조에 있어서, 화학식 G1-1 중 X1은 아래 구조식 (s11) 내지 (s18) 중 어느 하나로 나타내진다는 점에 주목한다.
Figure 112013041264195-pct00003
Figure 112013041264195-pct00004
구조식 (s11) 중 R3 내지 R6, 구조식 (s12) 중 R7 내지 R10, 구조식 (s13) 중 R11 내지 R14, 및 구조식 (s15) 중 R15 내지 R18은 개별적으로 수소, 메틸기, 및 불소 중 어느 하나를 나타낸다는 점에 주목한다.
위의 구조에 있어서, 화학식 G1 또는 화학식 G1-1로 표현되는 액정 단량체는 아래 구조식 (104)로 나타내진다.
Figure 112013041264195-pct00005
위의 구조에 있어서, 화학식 G1로 표현되는 액정 단량체는 아래 구조식 (102)로 나타내진다.
Figure 112013041264195-pct00006
본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물에서, 화학식 G1 또는 화학식 G1-1의 액정 단량체는 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 1 내지 20의 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)를 갖는 알킬렌기를 가짐으로써, 고분자 안정화 처리 (중합 처리) 동안, 각각 X로 표현되는 메소겐 골격 사이의 분자 상호작용이 억제될 수 있고 액정 조성물에서의 상 분리가 용이하게 일어날 수 있다. 따라서, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다. 그 결과, 고분자-안정화 블루상을 발현하는 고분자/액정 복합체의 배향 상태의 무질서를 저감시킬 수 있다. 알킬렌기의 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 위의 범위의 길이보다 긴 경우라도, 알킬렌기의 길이가 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 한, 본 발명에 포함된다는 점을 주목한다. 본 명세서에 있어서 "블루상을 발현하는 액정 조성물"은 광학적 조절 작용을 갖고 여기서 액정은 전압 무인가시에 광학적으로 등방성이지만, 전압 인가에 의해 배향 상태가 변화하여 액정이 광학적으로 이방성이 되는 액정 조성물을 지칭한다.
위의 구조에 있어서, 액정 조성물에 함유되는 블루상을 발현하는 액정 재료로서, 네마틱 액정 화합물 및 스메틱 액정 화합물이 있고, 네마틱 액정 화합물이 바람직하다. 네마틱 액정 화합물은 특히 제한되지 않고, 그의 예는 비페닐계 화합물, 터페닐계 화합물, 페닐시클로헥실계 화합물, 비페닐시클로헥실계 화합물, 페닐비시클로헥실계 화합물, 벤조산 페닐계 화합물, 시클로헥실 벤조산 페닐계 화합물, 페닐 벤조산 페닐계 화합물, 비시클로헥실 카르복실산 페닐계 화합물, 아조메틴계 화합물, 아조 및 아족시계 화합물, 스틸벤계 화합물, 비시클로헥실계 화합물, 페닐피리미딘계 화합물, 비페닐피리미딘계 화합물, 및 피리미딘계 화합물이라는 점에 주목한다.
위의 구조에 있어서, 액정 조성물에 함유되는 비액정 단량체로서, 예를 들어 분자 구조 중에 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 비닐기, 에폭시기, 푸마레이트기, 또는 신나모일기 등의 중합성 기를 포함하는 단량체가 제시된다.
위의 구조에 있어서, 액정 조성물에 포함된 중합 개시제의 예는 아세토페논, 벤조페논, 벤조인, 벤질, 미힐러 케톤, 벤조인 알킬 에테르, 벤질 디메틸케탈, 및 티옥산톤이다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료 및 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 사용하여 형성된 고분자/액정 복합체이다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료 및 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 사용하여 형성된 액정 소자이다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료와 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 중합시켜 형성된 고분자/액정 복합체를 포함하는 액정 소자이다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료와 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 사용하여 형성된 액정 표시 장치이다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 블루상을 발현하는 액정 재료와 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 중합시켜 형성된 고분자/액정 복합체를 포함하는 액정 표시 장치이다. 액정 조성물은 비액정 단량체 및 중합 개시제를 포함할 수도 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다. 그 결과, 고분자-안정화 블루상을 발현하는 고분자/액정 복합체의 배향 상태의 무질서를 저감시킬 수 있다. 따라서, 이러한 액정 조성물의 고분자-안정화 블루상을 이용하는 액정 소자 및 액정 표시 장치의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써 액정 소자의 구동 전압을 저하시킬 수 있고, 이는 액정 표시 장치의 구동 전압을 저하시킨다. 액정 조성물에 함유되는 액정 단량체로서 신규한 재료가 제공될 수 있다.
첨부된 도면에서:
도 1a 및 도 1b는 액정 단량체를 나타내고;
도 2는 액정 소자의 한 태양을 나타내고;
도 3a 및 도 3b는 액정 표시 장치의 한 태양을 나타내고;
도 4aa, 도 4ab 및 도 4b는 액정 표시 장치의 태양을 나타내고;
도 5a 및 도 5b는 액정 표시 장치의 응용예를 나타내고;
도 6a 내지 도 6f는 액정 표시 장치의 응용예를 나타내고;
도 7은 RM-O7 (약칭)의 NMR 차트를 나타내고;
도 8a 및 도 8b는 RM-O7 (약칭)의 NMR 차트를 나타내고;
도 9는 RM-O7 (약칭)의 흡수 스텍트럼을 나타내고;
도 10은 실시예 1에 기재된 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위를 나타내고;
도 11은 실시예 3에 기재된 발광 소자의 전압-투과율 특성을 나타내고;
도 12는 실시예 4에 기재된 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위를 나타내고;
도 13a 내지 도 13d는 실시예 1에서 형성된 액정 소자의 배향 상태의 사진이고;
도 14a 내지 도 14d는 실시예 4에서 형성된 액정 소자의 배향 상태의 사진이다.
이하, 본 발명의 실시형태는 도면을 참조로 설명된다. 본 발명은 아래의 설명에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 형태 및 세부사항은 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 방식으로 수정될 수 있다는 점에 주목한다. 따라서, 본 발명은 하기 실시형태의 기재 내용에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 액정 표시 장치는 화상 표시 장치, 표시 장치, 및 광원 (조명 장치 포함)을 지칭한다는 점에 주목한다. 추가로, 액정 표시 장치는 그 범주에 다음의 모듈: FPC (연성 인쇄 회로(flexible printed circuit)), TAB (테이프 자동 본딩(tape automated bonding)) 테이프, 또는 TCP (테이프 캐리어 패키지(tape carrier package)) 등의 커넥터에 부착된 모듈; 말단에 프린트 배선판이 제공된 TAB 테이프 또는 TCP를 갖는 모듈; 및 COG (칩 온 글래스(chip on glass)) 방식에 의해 표시 소자가 제공된 기판 위에 직접 탑재된 IC (집적 회로)를 갖는 모듈 중 임의의 모듈을 포함한다.
(실시형태 1)
당해 실시형태에서, 블루상을 발현하는 액정 조성물, 및 액정 조성물을 고분자 안정화 처리 (중합 처리)하여 수득된 고분자/액정 복합체를 설명한다.
당해 실시형태에 기재된 액정 조성물은 블루상을 발현하는 액정 재료, 액정 단량체, 비액정 단량체, 및 중합 개시제를 포함한다.
블루상을 발현하는 액정 재료는 광을 실질적으로 산란시키지 않고 광학적으로 등방성인 소위 블루상을 발현하는 것이 가능한 액정 재료를 지칭한다. 액정 조성물에 함유되는 블루상을 발현하는 액정 재료로서, 네마틱 액정 화합물 및 스메틱 액정 화합물이 있고, 네마틱 액정 화합물이 바람직하다. 네마틱 액정 화합물은 특히 제한되지 않고, 그의 예는 비페닐계 화합물, 터페닐계 화합물, 페닐시클로헥실계 화합물, 비페닐시클로헥실계 화합물, 페닐비시클로헥실계 화합물, 벤조산 페닐계 화합물, 시클로헥실 벤조산 페닐계 화합물, 페닐 벤조산 페닐계 화합물, 비시클로헥실 카르복실산 페닐계 화합물, 아조메틴계 화합물, 아조 및 아족시계 화합물, 스틸벤계 화합물, 비시클로헥실계 화합물, 페닐피리미딘계 화합물, 비페닐피리미딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 비페닐 에틴계 화합물이라는 점에 주목한다.
액정 단량체는 액정성을 갖고, 예를 들어, 광중합 또는 열중합에 의해 중합될 수 있는 단량체이다. 구체적으로, 액정 단량체는 도 1a에 나타낸 바와 같이 메소겐 골격(101), 알킬렌기(102 및 103)를 갖는다. 본 명세서에서 메소겐 골격은 방향족 환 등의 환을 2개 이상 갖는 고도로 강직된 유닛을 지칭한다는 점에 주목한다. 도 1a에서, 알킬렌기(102)의 쇄 길이는 ra1로 표시되고, 알킬렌기(103)의 쇄 길이는 ra2로 표시된다. 알킬렌기(102 및 103)는 동일하거나 상이할 수 있다는 점에 주목한다.
도 1a에 나타낸 액정 단량체를 중합시켜 수득된 중합체는, 예를 들어 도 1b에 나타낸 구조를 갖는다. 따라서, 액정 단량체(100a)를 액정 단량체(100b)와 중합시키는 경우, 액정 단량체(100a)의 메소겐 골격(101a)과 액정 단량체(100b)의 메소겐 골격(101b) 사이의 길이 (거리)는 rz (= ra1 + rb1)로 나타내진다.
본 발명의 한 실시형태에서, 액정 조성물의 고분자 안정화 처리 (중합 처리)가 수행되는 경우, 액정 조성물에 함유되는 액정 단량체의 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)를 특정 범위로 하는 것이 바람직하다는 점에 주목한다. 액정 단량체의 측쇄가 더 긴 경우에, 액정 조성물의 점도가 저하하고 따라서 액정 조성물 중 상 분리가 더 용이하게 일어난다. 추가로, 고분자 안정화 처리 (중합 처리)의 중합 과정에서, 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)가 너무 짧은 경우, 메소겐 골격 사이의 분자 상호작용으로 인해 액정 단량체의 중합에서의 점도가 증가하고 따라서 상 분리가 일어나기 어렵기 때문에, 고분자 안정화를 수행하기가 곤란해진다. 반면에, 중합되는 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)가 너무 긴 경우, 예를 들어, 액정 재료와의 상용성의 저하의 문제가 일어난다.
따라서, 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)를 특정 범위로 함으로써, 액정 조성물 중 상 분리가 일어나기 용이하게 되어, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한, 고분자 안정화 처리의 온도 범위가 확대될 수 있다. 그 결과, 고분자-안정화 블루상을 발현하는 고분자/액정 복합체의 배향 상태의 무질서를 저감시킬 수 있다. 도 1a 중 알킬렌기(102 및 103)의 구조는 동일하거나 상이할 수 있다는 점에 주목한다.
메소겐 골격 사이의 분자 상호작용은 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)에 의해 영향을 받고; 따라서, 메소겐 골격 사이의 길이 (rz)가 특정 범위에 있을 수 있는 본 발명의 한 실시형태에 따른 액정 단량체는 아래 화학식 G1으로 나타내진다.
<화학식 G1>
Figure 112013041264195-pct00007
화학식 G1에서, X는 메소겐 골격을 나타내고; Y1 및 Y2는 개별적으로 쇄 길이 (탄소 원자 및/또는 산소 원자의 합계)가 1 내지 20인 알킬렌기를 나타낸다. 알킬렌기의 길이는 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 길이이다. 알킬렌기는 측쇄로서 알킬기를 포함할 수도 있다. 게다가, 알킬렌기 및 알킬기는 카르보닐기를 포함할 수도 있고 에테르 결합을 가질 수도 있다. 게다가, 카르보닐기 및 에테르 결합은 에스테르 구조를 형성할 수도 있다. 화학식 G1에서, Z1 및 Z2는 개별적으로 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 나타낸다.
화학식 G1 중 Y1 및 Y2는 개별적으로 쇄 길이 (탄소 원자 및/또는 산소 원자의 합계)가 홀수인 알킬렌기인 것이 바람직하다는 점에 주목한다.
화학식 G1 중 X로 표현되는 구조의 예로서, 구체적으로, 아래 구조식 (s1) 내지 (s8)이 제시된다.
Figure 112013041264195-pct00008
Figure 112013041264195-pct00009
구조식 (s1) 내지 (s8) 중 (Y)는 화학식 G1 중 Y1 또는 Y2와의 결합 부위를 나타낸다는 점에 주목한다. 게다가, 구조식 (s1) 중 R3 내지 R6, 구조식 (s2) 중 R7 내지 R10, 구조식 (s3) 중 R11 내지 R14은 개별적으로 수소, 메틸기, 및 불소 중 어느 하나를 나타낸다는 점에 주목한다.
화학식 G1 중 Y1 또는 Y2로 표현되는 구조로서, 구체적으로, 아래 구조식 (t1) 내지 (t48) 등이 제시된다.
Figure 112013041264195-pct00010
Figure 112013041264195-pct00011
Figure 112013041264195-pct00012
Figure 112013041264195-pct00013
구조식 (t1) 내지 (t48) 중 (X)는 화학식 G1 중 X와의 결합 부위를 나타내고, 구조식 (t1) 내지 (t48) 중 (Z)는 화학식 G1 중 Z1 또는 Z2와의 결합 부위를 나타낸다는 점에 주목한다. 구조식 (t1) 내지 (t48)로 표현되는 알킬렌기에서, (Z)는 (X)로 지시된 부위에 결합될 수도 있고, (X)는 (Z)로 지시된 부위에 결합될 수도 있다.
화학식 G1 중 Z1 또는 Z2로 표현되는 구조로서, 구체적으로, 아래 구조식 (u1), (u2) 등이 제시된다.
Figure 112013041264195-pct00014
본 발명의 한 실시형태에 따른 액정 단량체는 아래 화학식 G1-1로 표현되는 구조를 가질 수도 있다.
Figure 112013041264195-pct00015
화학식 G1-1에서, X1은 메소겐 골격을 나타내고; R1 및 R2는 개별적으로 수소 및 메틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 화학식 G1-1에서, n 및 m은 개별적으로 액정성을 유지할 수 있고 블루상을 발현하는 액정 재료와의 상용성을 저하시키지 않는 1 내지 19 중 어느 하나이다.
화학식 G1-1 중 X1으로 표현되는 구조로서, 구체적으로, 아래 구조식 (s11) 내지 (s18) 등이 제시된다.
Figure 112013041264195-pct00016
Figure 112013041264195-pct00017
구조식 (s11) 중 R3 내지 R6, 구조식 (s12) 중 R7 내지 R10, 구조식 (s13) 중 R11 내지 R14, 및 구조식 (s15) 중 R15 내지 R18은 개별적으로 수소, 메틸기, 및 불소 중 어느 하나를 나타낸다는 점에 주목한다.
화학식 G1 또는 화학식 G1-1로 표현되는 액정 단량체의 구체예로서, 구조식 (100) 내지 (110)으로 표현되는 액정 단량체가 제시된다. 그러나, 본 발명은 이들 구조식으로 한정되지 않는다.
Figure 112013041264195-pct00018
Figure 112013041264195-pct00019
구조식 (100)으로 표현되는 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 3인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(2-메타크릴로일옥시에틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: MeRM-O2)이라는 점에 주목한다.
구조식 (101)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 4인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(3-아크릴로일옥시-n-프로필-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O3)이다.
구조식 (102)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 5인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(4-아크릴로일옥시-n-부틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O4)이다.
구조식 (103)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 6인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(5-아크릴로일옥시-n-펜틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O5)이다.
구조식 (104)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 7인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(6-아크릴로일옥시-n-헥실-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O6)이다.
구조식 (105)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 8인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O7)이다.
구조식 (106)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 9인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(8-아크릴로일옥시-n-옥틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O8)이다.
구조식 (107)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 10인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(9-아크릴로일옥시-n-노닐-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O9)이다.
구조식 (108)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 11인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스[4-(10-아크릴로일옥시-n-데실-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O10)이다.
구조식 (109)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 12인 알킬렌기를 갖는, 1,4-비스 [4-(11-아크릴로일옥시-n-운데실-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O11)이다.
구조식 (110)의 액정 단량체는 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 7인 알킬렌기를 갖는, 4,4'-비스(6-아크릴로일옥시-n-헥실-1-옥시)-1,1'-비페닐 (약칭: Dac-PP-O6)이다.
비액정 단량체는 액정성을 갖지 않고, 광중합 또는 열중합에 의해 중합하는 것이 가능하고, 봉상(rod-shaped) 분자 구조 (예를 들어, 비페닐기, 비페닐-시클로헥실기 등의 말단에 알킬기, 시아노기, 불소 등이 부착된 분자 구조)를 갖지 않는 단량체를 의미한다. 구체적으로, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 비닐기, 에폭시기, 푸마레이트기, 신나모일기 등의 중합성 기를 함유하는 단량체가 언급되지만; 비액정 단량체가 이들 예로 한정되지 않는다.
중합 반응으로서, 광중합 반응 또는 열중합 반응이 사용될 수 있고, 광중합 반응이 바람직하다. 특히, 자외선에 의한 광중합 반응이 바람직하다. 따라서, 중합 개시제로서, 예를 들어 아세토페논, 벤조페논, 벤조인, 벤질, 미힐러 케톤, 벤조인 알킬 에테르, 벤질 디메틸케탈, 또는 티옥산톤이 적절히 사용될 수 있다. 고분자 안정화 처리 후, 중합 개시제는 고분자/액정 복합체 중 액정 표시 장치의 조작에 기여하지 않는 불순물이 되고; 따라서, 중합 개시제의 양은 가능한 소량으로 하는 것이 바람직하다는 점에 주목한다. 예를 들어, 중합 개시제의 양은 액정 조성물 중 0.5 wt% 이하인 것이 바람직하다.
액정 조성물은, 블루상을 발현하는 액정 재료, 액정 단량체, 비액정 단량체, 및 중합 개시제 이외에 키랄제를 함유할 수도 있다. 키랄제는 액정 물질에 트위스트 구조를 유발하는 작용제라는 점에 주목한다. 키랄제의 첨가량은 블루상을 발현하는 액정 재료의 회절 파장에 영향을 미친다. 따라서, 키랄제의 첨가량은 블루상을 발현하는 액정 재료의 회절 파장이 가시 영역 (380 nm 내지 750 nm) 외가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 키랄제로서, S-811 (머크 리미티드 재팬(Merck Ltd., Japan)에 의해 제조), S-1011 (머크 리미티드 재팬에 의해 제조), 1,4:3,6-디안히드로-2,5-비스[4-(n-헥실-1-옥시)벤조산]소르비톨 (약칭: ISO-(6OBA)2) (미도리 가가쿠 가부시키가이샤(Midori Kagaku Co., Ltd.)에 의해 제조) 등이 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물은 상술한 재료를 포함한다. 추가로,액정 조성물을 고분자 안정화 처리 (중합 처리)함으로써, 고분자-안정화 블루상을 발현하는 고분자/액정 복합체가 수득될 수 있다.
광중합 반응이 액정 조성물의 고분자 안정화 처리 (중합 처리)로서 이용되는 경우, 처리 온도는 고분자 안정화 처리 (중합 처리)에 의해 수득된 고분자/액정 복합체가 고분자-안정화 블루상을 나타내는 온도인 것이 바람직하다는 점에 주목한다. 특히, 액정 조성물 및 고분자/액정 복합체가 (등방상 또는) 블루상을 유지할 수 있는 온도가 바람직하다. 액정 조성물이 등방상을 나타낸다 하더라도 처리 온도는 고분자 안정화 처리 (중합 처리)에 의해 수득된 고분자/액정 복합체가 블루상을 유지할 수 있는 온도일 수도 있다. 게다가, 처리 온도를 고분자 안정화 처리 (중합 처리) 동안 변화시킬 수도 있다. 그 경우, 온도는 액정 조성물이 등방상 또는 블루상을 발현하는 온도에서 중합을 개시하고, 고분자/액정 복합체는 블루상을 나타내는 정도이다.
상기 온도 범위 이내에서, 자외선 등을 조사함으로써 광중합 반응을 수행한다. 중합의 기간은 액정 조성물에 함유된 재료에 따라 적절히 조정할 수 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다. 그 결과, 고분자/액정 복합체의 배향 상태의 무질서를 저감시킬 수 있다.
당해 실시형태에 기재된 구조 및 방법은 다른 실시형태에 기재된 구조 및 방법 중 임의의 것과 적절히 조합가능하다.
(실시형태 2)
당해 실시형태에서, 실시형태 1에 기재된 액정 조성물을 중합시켜 수득된 고분자/액정 복합체를 사용한 액정 소자의 예를 도 2를 참조로 설명한다. 도 2는 액정 소자의 단면도이다.
도 2에서, 액정층(202)은 제1 기판(200)과 제2 기판(201) 사이에 형성되어 있다. 실시형태 1에 기재된 고분자/액정 복합체는 액정층(202)으로서 사용된다. 화소 전극층(203) 및 공통 전극층(204)이 제1 기판(200) 위에 인접하여 형성되어 있다.
기판에 실질적으로 평행 (즉, 수평한 방향으로)한 전계를 발생시켜 기판과 실질적으로 평행 (즉, 수평한 방향으로)하게 액정 분자를 움직여서 그레이스케일(grayscale)을 제어하는 방법이 본 실시형태의 액정 소자에 적용된다.
액정층(202)을 개재시켜 인접하게 형성되어 있는 화소 전극층(203)과 공통 전극층(204) 사이의 거리 a (도 2에 나타냄)는, 화소 전극층(203) 및 공통 전극층(204)에 소정의 전극을 인가한 경우, 액정층(202)에 포함되는 액정에서, 화소 전극층(203)과 공통 전극층(204) 사이에 존재하는 액정이 응답하는 거리이다. 인가된 전압은 거리 a에 따라 적절히 제어된다.
제1 기판(200)과 제2 기판(201)으로서, 바륨 보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 등으로 된 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다.
화소 전극층(203) 및 공통 전극층(204)은 다음: 인듐 주석 산화물(ITO), 산화인듐에 산화아연(ZnO)을 혼합한 인듐 아연 산화물(IZO), 산화인듐에 산화실리콘(SiO2)을 혼합한 전도성 재료, 유기인듐, 유기주석, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 아연 산화물, 산화티탄을 함유하는 인듐 산화물, 및 산화티탄을 함유하는 인듐 주석 산화물; 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 및 은(Ag) 등의 금속; 그의 합금; 및 그의 질화물 중 1종 이상을 사용하여 형성될 수 있다.
액정층(202)은 다음과 같이 수득될 수 있다: 실시형태 1에 기재된 액정 조성물을 액정 적하법 (적하 주입(one drop fill), ODF), 액정 주입법 등에 의해 제1 기판(200)과 제2 기판(201) 사이에 제공한 다음, 중합시켜 고분자/액정 복합체가 된다. 액정층(202)의 두께 (필름 두께)는 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다는 점에 주목한다.
이렇게 형성된 액정 소자에서, 화소 전극층(203)과 공통 전극층(204) 사이에 수평 방향으로 전계가 발생되기 때문에, 제1 기판(201)에 대해 평행 방향으로 액정층(202) 중 액정 분자를 제어할 수 있다.
본 실시형태의 액정 소자는 고분자-안정화 블루상을 발현할 수 있다. 액정층(202)에 사용된 고분자/액정 복합체는 고속 응답이 가능하고 높은 콘트라스트를 제공할 수 있는 발광 소자이다.
본 실시형태의 액정 소자 용으로, 편광판, 위상차판, 및 반사 방지막 등의 광학 필름을 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 편광판 및 위상차판에 의한 원편광을 사용할 수도 있다. 게다가, 광원으로서 백라이트 등을 사용할 수도 있다.
본 실시형태의 액정 소자는, 광원으로부터의 광을 투과함으로써 표시를 수행하는 투과형의 액정 표시 장치, 입사하는 광을 반사함으로써 표시를 수행하는 반사형의 액정 표시 장치, 또는 투과형과 반사형이 합해진 반투과형의 액정 표시 장치에 적용할 수 있다는 점에 주목한다.
(실시형태 3)
당해 실시형태에서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물이 액정층에 사용된 액정 표시 장치를 설명한다. 본 실시형태의 액정 표시 장치는 표시 소자로서 실시형태 2에 기재된 액정 소자 (액정 표시 소자로도 칭해짐)를 포함한다는 점에 주목한다. 액정 표시 장치는 패시브-매트릭스형 액정 표시 장치 또는 액티브-매트릭스형 액정 표시 장치일 수도 있고, 당해 실시형태에서, 액정 소자가 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 적용된 경우를 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a는 액정 표시 장치의 평면도이고 그의 1 화소를 나타낸 것이다. 도 3b는 도 3a의 X1-X2를 따라 취해진 단면도이다.
도 3a에서, 복수의 소스 배선층(305) (배선층(305a)을 포함)이 서로 평행 (도 3a 중, 상하 방향으로 연신)하고 서로 이간된 상태로 제공되어 있다. 복수의 게이트 배선층(301) (게이트 전극층(301a)을 포함)은 서로 이간되고 소스 배선층(305)과 실질적으로 직교하는 방향 (도 3a 중, 좌우 방향으로 연신)으로 연신되도록 제공된다. 복수의 공통 배선층(308)은 각각의 게이트 배선층(301)과 인접하도록 제공되어 있고 게이트 배선층(301)에 평행한 방향으로, 즉, 소스 배선층(305)과 실질적으로 직교하는 방향 (도 3a 중, 좌우 방향으로 연신)으로 연신되어 있다. 소스 배선층(305), 공통 배선층(308), 및 게이트 배선층(301)에 의해 둘러싸인 공간에 액정 표시 장치의 화소 전극층(347) 및 공통 전극층(346)이 배치되어 있다는 점에 주목한다. 화소 전극층(347)은 트랜지스터(320)와 전기적으로 접속되어 있고, 트랜지스터(320)는 각각의 화소에 제공되어 있다.
도 3a의 액정 표시 장치에서, 화소 전극층(347) 및 공통 배선층(308)에 의해 용량 소자가 형성되어 있다. 공통 전극층(308)은 플로팅 상태 (전기적으로 독립된 상태)로 동작시키는 것이 가능하지만, 그의 전위는 고정 전위, 바람직하게는 공통 전위 (데이터로서 전송되는 화상 신호의 중간 전위) 근방의 전위로 플리커를 발생시키지 않는 수준으로도 설정될 수도 있다.
도 3a 및 도 3b의 액정 표시 장치의 전극 구조에서, 화소 전극층(347) 및 공통 전극층(346)은 기판과 평행한 한 면내에 형성되어 있다. 기판과 평행한 방향으로 전계를 발생시켜 기판과 평행한 면 내에서 액정 분자를 움직여서 그레이스케일을 제어하는 방법 (즉, IP 모드)이 전극 구조에 적용될 수 있다.
그 다음, 도 3b에 나타낸 액정 표시 장치의 단면 구조를 설명한다. 도 3b에 나타낸 액정 장치는 제2 기판(342)과 트랜지스터(320), 화소 전극층(347), 공통 전극층(346) 등을 포함하는 제1 기판(341) 사이에 액정층(344)이 제공되어 있는 구조를 갖는다. 추가로, 제1 기판(341)과 제2 기판(342) 각각에 접하여 편광판(343a 및 343b)이 제공되어 있다.
트랜지스터(320)는 역 스태거형의 박막 트랜지스터이고, 여기서 절연 표면을 갖는 제1 기판(341) 위에 게이트 전극층(301a), 게이트 절연층(302), 반도체층(303), 및 소스 전극층 및 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(305a 및 305b)이 형성되어 있다는 점에 주목한다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에 적용될 수 있는 트랜지스터의 구조는 특히 한정되지 않고; 예를 들어, 톱-게이트(top-gate) 구조 또는 하부-게이트(bottom-gate) 구조를 갖는 스태거형 트랜지스터 또는 평면형 트랜지스터를 사용할 수 있다. 트랜지스터는 한 채널 형성 영역이 형성되어 있는 단일-게이트 구조, 2개의 채널 형성 영역이 형성되어 있는 이중-게이트 구조, 또는 3개의 채널 형성 영역이 형성되어 있는 삼중-게이트 구조를 가질 수도 있다. 대안으로, 트랜지스터는 채널 영역의 위아래로 게이트 절연층을 개재하여 배치된 2개의 게이트 전극층을 포함하는 듀얼 게이트 구조를 가질 수 있다.
도 3b에서, 게이트 전극층(301a)은 제1 기판(341) 위에 형성되어 있다. 게이트 전극층(301a)은 몰리브덴, 티탄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 또는 스칸듐 등의 금속 재료, 또는 이들 재료 중 임의의 재료를 주성분으로서 포함하는 합금 재료를 사용하여 단일층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 게이트 전극층(301a)으로서 차광성을 갖는 전도막을 사용함으로써, 백라이트로부터의 광 (제1 기판(341)으로부터 입사된 광)이 반도체층(303)으로 입사하는 것을 방지할 수 있다.
게이트 전극층(301a)은 적층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(301a)이 2층 구조를 갖는 경우에는, 알루미늄층 위에 몰리브덴층이 적층된 2층 구조, 구리층 위에 몰리브덴층이 적층된 2층 구조, 구리층 위에 질화티탄층 또는 질화탄탈층이 적층된 2층 구조, 또는 질화티탄층과 몰리브덴층이 적층된 2층 구조가 바람직하다. 전극층(301a)이 3층 구조를 갖는 경우에는, 텅스텐층 또는 질화텅스텐층, 알루미늄과 실리콘의 합금층 또는 알루미늄과 티탄의 합금층, 및 질화티탄층 또는 티탄층의 적층 구조가 바람직하다.
절연막으로 형성된 베이스 필름(base film)이 제1 기판(341)과 게이트 전극층(301a) 사이에 제공될 수도 있다는 점에 주목한다. 베이스 필름은 제1 기판(341)으로부터의 불순물 원소의 확산을 방지하는 기능을 갖고, 질화실리콘막, 산화실리콘막, 질화산화실리콘막, 및 산화질화실리콘막 중 1종 이상을 사용하여 단일층 구조 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
게이트 절연층(302)은 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해 산화실리콘층, 질화실리콘층, 산화질화실리콘층, 또는 질화산화실리콘층을 사용하여 단일층 구조 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 대안으로, 유기실란 가스를 사용하여 CVD법에 의해 형성된 산화실리콘층은 절연층(302)으로서 사용될 수 있다. 유기실란 가스로서, 테트라에톡시실란(TEOS) (화학식: Si(OC2H5)4), 테트라메틸실란(TMS) (화학식: Si(CH3)4), 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 트리에톡시실란 (화학식: SiH(OC2H5)3), 또는 트리스디메틸아미노실란 (화학식: SiH(N(CH3)2)3) 등의 실리콘-함유 화합물이 사용될 수 있다.
반도체층(303)에 사용된 재료는 특정 재료로 한정되지 않고 트랜지스터(320)에 필요한 특성에 따라 적절히 결정될 수도 있다. 반도체층(303)은 다음의 재료: 실란 또는 게르만으로 대표되는 반도체 소스 가스를 사용하여 스퍼터링법 또는 기상 성장법으로 제작된 비정질 반도체; 비정질 반도체를 광 에너지 또는 열 에너지를 사용하여 결정화시켜 형성된 다결정 반도체; 미결정 반도체; 산화물 반도체 등을 사용하여 형성될 수 있다.
비정질 반도체의 대표적인 예는 수소화 비정질 실리콘이고, 한편 결정성 반도체의 대표적인 예는 폴리실리콘 등이다. 폴리실리콘 (다결정 실리콘)에는 800℃ 이상의 공정 온도에서 형성된 폴리실리콘을 그의 주성분으로서 함유하는 고온 폴리실리콘, 600℃ 이하의 공정 온도에서 형성된 폴리실리콘을 그의 주성분으로서 함유하는 저온 폴리실리콘, 및 결정화를 촉진하는 원소 등을 사용하여 비정질 실리콘을 결정화시켜 형성된 폴리실리콘이 포함된다. 물론, 전술한 바와 같이, 또한, 미결정 반도체 또는 반도체층의 일부에 결정상을 포함하는 반도체를 사용할 수 있다.
산화물 반도체로서, 다음이 사용될 수 있다: In-Sn-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체 등의 4-성분 금속 산화물; In-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체, In-Sn-Zn-O-계 산화물 반도체, In-Al-Zn-O-계 산화물 반도체, Sn-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체, Al-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체, 또는 Sn-Al-Zn-O-계 산화물 반도체 등의 3-성분 금속 산화물; In-Zn-O-계 산화물 반도체, Sn-Zn-O-계 산화물 반도체, Al-Zn-O-계 산화물 반도체, Zn-Mg-O-계 산화물 반도체, Sn-Mg-O-계 산화물 반도체, In-Mg-O-계 산화물 반도체, In-Ga-O-계 산화물 반도체 등의 2-성분 금속 산화물; 또는 1개의 금속 원소의 산화물인, In-O-계 산화물 반도체, Sn-O-계 산화물 반도체, 또는 Zn-O-계 산화물 반도체층이 사용될 수 있다. 추가로, SiO2가 상기 산화물 반도체에 함유될 수도 있다. 여기서, 예를 들어, In-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체는 적어도 In, Ga, 및 Zn을 함유하는 산화물을 의미하고, 원소의 조성비는 특히 제한되지 않는다. In-Ga-Zn-O-계 산화물 반도체는 In, Ga, 및 Zn 이외의 원소를 함유할 수도 있다.
산화물 반도체로서, 화학식 InMO3(ZnO) m (m > 0)으로 표현되는 박막을 사용할 수 있다는 점에 주목한다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn, 및 Co로부터 선택된 1종 이상의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들어, M은 Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, Ga 및 Co 등일 수 있다. 산화물 반도체는 단결정 구조도 아니고 비정질 구조도 아니며 c-축 배향을 갖는 결정성 산화물 반도체 (c-축 배향된 결정성 (CAAC) 산화물 반도체로도 칭해짐)라는 점에 주목한다.
반도체층(303)은 스퍼터링법, LPCVD법, 플라즈마 CVD법 등에 의해 형성될 수 있다. 반도체층(303)을 소망하는 형상으로 가공하기 위한 에칭 단계에서, 건식 에칭 또는 습식 에칭을 사용할 수 있다.
건식 에칭에 사용되는 에칭 장치로서, 반응성 에칭법(RIE법)을 사용하는 에칭 장치, 또는 ECR(전자 시클로트론 공명) 또는 ICP(유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 등의 고밀도 플라즈마원을 사용하는 건식 에칭 장치가 사용될 수 있다는 점에 주목한다. ICP 에칭 장치에 비해 넓은 면적에 걸쳐 균일한 방전이 수득될 수 있는 건식 에칭 장치로서, 상부 전극을 접지시켜, 하부 전극에 13.56 MHz의 고주파 전원을 접속시키고, 추가로 하부 전극에 3.2 MHz의 저주파 전원을 접속시킨 ECCP(증진된 용량 결합 플라즈마(enhanced capacitively coupled plasma)) 모드의 장치가 있다. 당해 ECCP 모드 에칭 장치는, 예를 들어, 기판으로서 제10 세대의 3 m를 초과하는 크기의 기판을 사용한 경우에도 인가될 수 있다.
트랜지스터(320)의 소스 및 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(305a) 및 (305b)의 재료로서, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 구리(Cu), 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 원소, 이들 원소 중 임의의 원소를 성분으로서 함유하는 합금, 이들 원소 중 임의의 원소를 조합한 합금 등이 있다. 추가로, 열처리를 행한 경우에는, 도전막은 열처리에 대해 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, Al 단독 사용은 낮은 내열성 및 부식의 경향 등의 단점이 있기 때문에, 알루미늄을 내열성을 갖는 전도성 재료와 조합하여 사용한다. 알루미늄과 조합되는 내열성을 갖는 전도성 재료로서, 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 및 스칸듐(Sc)으로부터 선택된 원소, 이들 원소 중 임의의 원소를 그의 성분으로서 함유하는 합금, 이들 원소 중 임의의 원소의 조합물을 함유하는 합금막, 또는 이들 원소 중 임의의 원소를 그의 성분으로서 함유하는 질화물을 사용하는 것이 가능하다
게이트 절연층(302), 반도체층(303), 및 배선층(305a 및 305b)을 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 형성시킬 수도 있다는 점에 주목한다. 대기에 노출시키지 않고 이러한 연속 형성으로, 대기 성분 또는 대기 중에 부유하는 불순물 원소에 의한 오염없이 각각의 적층 계면을 형성하게 되기 때문에, 트랜지스터의 특성의 변화가 저감될 수 있다.
건식법 또는 습식법에 의해 형성된 무기 절연막 또는 유기 절연막을 절연막(307 및 309)에 사용할 수 있다. 예를 들어, CVD 법, 스퍼터링법 등에 의해 형성된, 질화실리콘막, 산화실리콘막, 산화질화실리콘막, 산화알루미늄막, 또는 산화탄탈막을 사용하는 것이 가능하다. 대안으로, 폴리이미드, 아크릴, 벤조시클로부텐, 폴리아미드, 또는 에폭시 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다. 이러한 유기 재료 이외에, 저-유전율 재료 (낮은-k 재료), 실록산계 수지, 포스포실리케이트 유리(PSG), 보로포스포실리케이트 유리(BPSG) 등을 사용할 수 있다. 또한, 산화갈륨막을 절연막(307)으로서 사용할 수 있다.
실록산계 수지는 실록산계 재료를 출발 재료로서 사용하여 형성된 Si-O-Si 결합을 포함하는 수지에 상당한다는 점에 주목한다. 실록산계 수지는 치환기로서 유기기 (예를 들어, 알킬기 또는 아릴기) 또는 플루오로기를 포함할 수도 있다. 실록산계 수지는 도포법에 의해 인가되고 소성되며; 따라서 절연막(307)이 형성될 수 있다.
절연막(307 및 309)은 상술한 재료를 사용하여 형성된 복수의 절연막을 포함하는 적층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, 무기 절연막 위에 유기 수지막이 적층되어 있는 구조를 사용할 수도 있다.
층간막(313)은 절연막(307 및 309)에 사용된 재료와 동일한 재료에 의해 형성될 수 있다. 층간막(313)을 형성하는 방법은 특히 한정되지 않으나, 그 재료에 따라 다음의 방법을 이용할 수 있다: 스핀 코팅, 침지 코팅, 분무 코팅, 액적 토출법 (잉크 제트법, 스크린 인쇄, 또는 오프셋 인쇄 등), 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등.
화소 전극층(347) 및 공통 전극층(308)은, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 아연 산화물, 산화티탄을 함유하는 인듐 산화물, 산화티탄을 함유하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물 (이하 ITO로 칭해짐), 인듐 아연 산화물, 또는 산화실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 갖는 전도성 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 대안으로, 화소 전극층(347) 및 공통 전극층(308)은, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 및 은(Ag) 등의 금속; 이들 금속 중 임의의 금속을 함유하는 합금; 및 이들 금속의 질화물로부터 선택된 1종 이상의 재료를 사용하여 형성될 수 있다.
대안으로, 화소 전극층(347) 및 공통 전극층(308)은 전도성 고분자 (전도성 폴리머로도 칭해짐)을 포함하는 전도성 조성물을 사용하여 형성될 수 있다. 전도성 조성물을 사용하여 형성된 화소 전극은 10000 옴/스퀘어 이하의 시트 저항 및 550 nm의 파장에 있어서 70% 이상의 투광율을 갖는 것이 바람직하다. 추가로, 전도성 조성물에 포함되는 전도성 고분자의 저항율은 0.1 Ωㆍcm 이하인 것이 바람직하다. 전도성 고분자로서, 소위 π 전자 공액계 전도성 고분자가 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, 폴리아닐린 또는 그의 유도체, 폴리피롤 또는 그의 유도체, 폴리티오펜 또는 그의 유도체, 2종 이상의 아닐린, 피롤, 및 티오펜의 공중합체 또는 그의 유도체 등이 제시된다.
액정층(344)에는, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물이 사용된다. 액정 조성물은 블루상을 발현하는 액정 재료, 액정 단량체, 비액정 단량체, 및 중합 개시제를 포함한다는 점에 주목한다. 액정 조성물을 고분자 안정화 처리 (중합 처리)하여 수득된 고분자/액정 복합체가 액정층(344)에 사용된다.
여기에 도시되어 있지 않지만, 제1 기판(341)과 대향 기판인 제2 기판(342) 사이에 액정층(344)을 형성하는 액정 조성물을 형성시킨 후, 제1 기판 및 제2 기판을 밀봉재로 첩합시킨다는 점에 주목한다. 액정층(344)은, 디스펜서법 (적하법), 또는 제1 기판(341)을 제2 기판(342)에 첩합시킨 후 액정을 모세관 등을 사용하여 주입하는 방법에 의해, 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성될 수 있다.
밀봉재로서, 대표적으로는 가시광 경화성 수지, 자외선 경화성 수지, 또는 열 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 대표적으로, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아민 수지 등을 사용할 수 있다. 추가로, 광중합 개시제 (대표적으로, 자외선 중합 개시제), 열 경화제, 충전재, 또는 커플링제가 밀봉재에 포함될 수도 있다.
제1 기판(341)과 제2 기판(342) 사이의 공간이 액정 조성물로 충전된 후, 광 조사에 의해 고분자 안정화 처리 (중합 처리)가 수행되고, 그로 인해 액정층(344)이 형성된다. 광은 액정 조성물에 포함되는 액정 단량체, 비액정 단량체, 및 중합 개시제가 반응하는 파장을 갖는다. 광 조사에 의한 고분자 안정화 처리 (중합 처리)에 의해, 액정층(344)이 수득된다. 광경화성 수지를 밀봉재로서 사용하는 경우에는, 고분자 안정화 처리와 동시에 밀봉재의 경화가 수행될 수도 있다는 점에 주목한다.
본 실시형태의 액정 표시 장치의 전극 구조에 따라, 액정층(344)에 포함된 액정 분자는 수평 방향의 전계에 의해 제어된다는 점에 주목한다. 고분자/액정 복합체는, 블루상을 나타내도록 배향되어 있고, 기판과 평행한 방향으로 제어될 수 있기 때문에; 시야각을 확대할 수 있다.
당해 실시형태에서, 편광판(343a)은 제1 기판(341)의 외측 (액정층(344)과 반대측) 위에 제공되고, 편광판(343b)은 제2 기판(342)의 외측 (액정층(344)과 반대측) 위에 제공된다. 편광판 이외에, 위상차판 또는 반사 방지막 등의 광학 필름이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 편광판 및 위상차판에 의한 원편광을 사용할 수도 있다.
도시되어 있지 않지만, 백 라이트, 사이드라이트 등이 본 실시형태의 액정 표시 장치의 광원으로서 사용될 수 있다. 광원으로부터의 광은 제1 기판(341) 측으로부터 관찰측(viewing side) 위에 제2 기판(342)을 통과하도록 방사된다.
대형의 기판을 사용하여 복수의 액정 표시 장치를 제작하는 경우 (소위 다중 패널법), 분단(division) 단계는 고분자 안정화 처리 전 또는 편광판의 제공 전에 수행할 수 있다. 액정층에 대한 분단 단계의 영향 (분단 단계에 인가된 힘으로 인해 배향 상태의 무질서 등)을 고려하여, 제1 기판(341)과 제2 기판(342)을 부착시킨 후 및 고분자 안정화 처리 전에 분단 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다. 그 결과, 액정 표시 소자의 패널의 결함을 저감시킬 수 있기 때문에, 액정 표시 장치의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써 액정 소자의 구동 전압을 저하시킬 수 있고, 이는 액정 표시 장치의 구동 전압을 저하시킨다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서, 고분자/액정 복합체는 고분자-안정화 블루상을 발현하고 높은 콘트라스트를 제공하는 것이 가능하기 때문에; 시인성(visibility)이 높은 고화질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 추가로, 고분자/액정 복합체는 고속 응답이 가능하기 때문에, 더 고성능의 액정 표시 장치가 달성되는 것이 가능하다.
당해 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조 중 임의의 구조와 적절히 조합가능하다.
(실시형태 4)
당해 실시형태에서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물이 액정층에 사용된 액정 표시 장치를 설명한다. 본 실시형태의 액정 표시 장치는 표시 소자로서 실시형태 2에 기재된 액정 소자 (액정 표시 소자로도 칭해짐)를 포함한다는 점에 주목한다.
본 발명의 한 실시형태인 액정 표시 장치에 상당하는 액정 표시 패널의 외관 및 단면을 도 4aa 및 도 4ab 및 도 4b를 참조로 설명한다. 도 4aa 및 도 4ab는 제1 기판(4001) 위에 형성된 트랜지스터(4010 및 4011) 및 액정 소자(4013)가 제1 기판(4001)과 제2 기판(4006) 사이에 밀봉재(4005)에 의해 밀봉되어 있는 패널의 상면도이다. 도 4b는 도 4aa 및 도 4ab의 M-N을 따라 취해진 단면도이다.
제1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 밀봉재 (4005)가 제공되어 있다. 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004) 위에 제2 기판(4006)이 제공되어 있다. 따라서, 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004)는 제1 기판(4001), 밀봉재(4005), 및 제2 기판(4006)에 의해 액정층(4008)과 함께 밀봉된다.
도 4aa에서, 별도 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막을 사용하여 형성된 신호선 구동 회로(4003)가, 제1 기판(4001) 위의 밀봉재(4005)에 의해 둘러싸인 영역과는 상이한 영역에 탑재된다. 도 4ab는 신호선 구동 회로의 일부가 제1 기판(4001) 위에 제공된 트랜지스터를 사용하여 형성되는 예를 나타낸다. 제1 기판(4001) 위에 신호선 구동 회로(4003b)가 형성되고, 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막을 사용하여 형성된 신호선 구동 회로(4003a)가 별도 준비된 기판 위에 탑재된다.
별도 형성된 구동 회로의 접속 방법은 특히 한정되지 않으며, COG 방법, 와이어 본딩 방법, TAB 방법 등이 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 도 4aa은 COG 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 탑재하는 예를 나타내며, 도 4ab는 TAB 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 탑재하는 예를 나타낸다.
제1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 복수의 트랜지스터를 포함한다. 도 4b는 화소부(4002)에 포함되는 트랜지스터(4010)와 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 트랜지스터(4011)를 예로서 나타낸다. 트랜지스터(4010 및 4011) 위에는 절연층(4020) 및 층간막(4021)이 제공된다.
트랜지스터(4010 및 4011)로서, 공지된 구조를 갖는 트랜지스터가 사용될 수 있다.
추가로, 구동 회로용의 트랜지스터(4011)의 반도체층의 채널 형성 영역과 중첩하도록 층간막(4021) 또는 절연층(4020) 위에 도전층이 제공될 수도 있다. 도전층은, 트랜지스터(4011)의 게이트 전극층과 동일한 전위 또는 상이한 전위를 가질 수도 있으며 제2 게이트 전극층으로서 기능할 수 있다. 도전층의 전위는 GND, 0V이거나, 플로팅 상태일 수도 있다.
화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은 층간막 (4021) 위에 형성되어 있고, 화소 전극층(4030)은 트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속된다. 액정 소자 (4013)는 화소 전극층(4030), 공통 전극층(4031), 및 액정층(4008)을 포함한다. 편광판(4032a)은 제1 기판(4001)의 외측 위에 제공되고, 편광판(4032b)은 제2 기판(4006)의 외측 위에 제공되어 있다는 점에 주목한다.
실시형태 1에 기재된 액정 조성물은 액정층(4008)에 적용된다.
화소 전극층(4030)과 공통 전극층(4031) 사이에 발생된 전계에 의해, 액정층(4008)의 액정 분자가 제어된다. 수평 방향의 전계가 액정층(4008)에서 발생되고, 액정 분자는 전계에 의해 제어된다. 실시형태 1에 기재된 액정 조성물은 고분자 안정화 처리 (중합 처리)에 의해 고분자/액정 복합체가 된다. 고분자/액정 복합체에 포함되는 액정은 블루상을 나타내도록 배향되어 있고, 기판과 평행한 방향으로 제어될 수 있기 때문에; 시야각을 확대할 수 있다.
제1 기판(4001) 및 제2 기판(4006)으로서는, 투광성을 갖는, 유리, 플라스틱 등이 사용될 수 있다. 플라스틱으로서, 유리섬유-강화 플라스틱(fiberglass-reinforced plastics: FRP) 판, 폴리비닐 플루오라이드(PVF) 필름, 폴리에스테르 필름, 또는 아크릴 수지 필름이 사용될 수 있다. 대안으로, PVF 필름이나 폴리에스테르 필름 사이에 알루미늄 호일을 끼운 구조를 갖는 시트가 사용될 수 있다.
기둥 모양의 스페이서(4035)는 절연막의 선택적 에칭에 의해 수득되며, 액정층(4008)의 두께(셀 갭)를 제어하기 위해 제공된다. 대안으로, 구형 스페이서(spherical spacer)가 사용될 수도 있다. 액정 표시 장치에서, 액정층(4008)의 두께인 셀 갭은 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 명세서에서, 셀 갭의 두께는, 액정층(4008)의 최대 두께 (막 두께)를 지칭한다.
도 4aa, 도 4ab 및 도 4b는 투과형의 액정 표시 장치를 나타내지만, 본 발명의 액정 표시 장치는 반투과형의 액정 표시 장치 또는 반사형의 액정 표시 장치일 수도 있다.
도 4aa, 도 4ab 및, 도 4b는 기판의 외측(관찰측) 위에 편광판이 제공된 예를 나타내나; 편광판은 기판의 내측 위에 제공될 수도 있다. 편광판의 위치는, 편광판의 재료와 제작 공정의 조건에 따라 적절히 결정될 수도 있다. 추가로, 블랙 매트릭스(black matrix)로서 기능하는 차광층이 제공될 수도 있다.
층간막(4021)의 일부로서 컬러 필터층 또는 차광층을 형성할 수도 있다. 도 4aa, 도 4ab, 및 도 4b에서, 트랜지스터(4010 및 4011)를 덮도록 제2 기판(4006) 위에 차광층(4034)이 제공된다. 차광층(4034)을 사용함으로써, 콘트라스트의 향상 및 트랜지스터의 안정화가 달성될 수 있다.
절연층(4020)을 제공함으로써, 트랜지스터의 보호막으로서 기능하도록 할 수도 있지만; 당해 실시양태가 이에 특히 제한되지 않는다. 그 경우, 보호막은, 대기 중에 부유하는 유기물, 금속 물질, 또는 수증기 등의 불순물의 침입을 방지하기 위해 제공되는 막을 지칭하고, 치밀한 막이 바람직하다. 보호막은, 스퍼터링법에 의해, 산화실리콘막, 질화실리콘막, 산화질화실리콘막, 질화산화실리콘막, 산화알루미늄막, 질화알루미늄막, 산화질화알루미늄막, 및 질화산화알루미늄막 중 임의의 막을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
평탄화 절연막으로서 투광성 절연층을 추가로 형성하는 경우에는, 폴리이미드, 아크릴, 벤조시클로부텐, 폴리아미드, 또는 에폭시 등의 내열성을 갖는 유기 재료를 사용할 수 있다. 이러한 유기 재료 이외에, 저-유전율 재료 (낮은-k 재료), 실록산계 수지, PSG(포스포실리케이트 유리), BPSG(보로포스포실리케이트 유리) 등을 사용할 수 있다. 이들 재료를 사용하여 형성된 복수의 절연막을 적층시켜 절연층을 형성할 수도 있다는 점에 주목한다.
적층 절연층을 형성하는 방법은 특히 한정되지 않으나, 그 재료에 따라 다음의 방법을 사용할 수 있다: 스퍼터링, 스핀 코팅, 침지 코팅, 분무 코팅, 액적 토출법 (잉크 제트법, 스크린 인쇄, 또는 오프셋 인쇄 등), 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등.
화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 아연 산화물, 산화티탄을 함유하는 인듐 산화물, 산화티탄을 함유하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하 ITO로 칭해짐), 인듐 아연 산화물, 또는 산화실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 갖는 전도성 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 대안으로, 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 및 은(Ag) 등의 금속; 이들 금속 중 임의의 금속을 함유하는 합금; 및 이들 금속의 질화물로부터 선택된 1종 이상의 재료를 사용하여 형성될 수 있다.
대안으로, 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은 전도성 고분자 (전도성 폴리머로도 칭해짐)를 포함하는 전도성 조성물을 사용하여 형성될 수 있다.
추가로, 각종 신호 및 전위가, FPC(4018)로부터, 별도 형성된 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004) 또는 화소부(4002)에 공급된다.
트랜지스터는 정전기 등에 의해 파괴되기 쉽기 때문에, 게이트선 또는 소스선과 동일한 기판 위에 구동 회로를 보호하기 위한 보호 회로가 제공되는 것이 바람직하다. 보호 회로는 비선형 소자를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 4aa, 도 4ab, 및 도 4b에서, 접속 단자 전극(4015)은 화소 전극층(4030)과 동일한 도전막을 사용하여 형성되고, 단자 전극(4016)은 트랜지스터(4010 및 4011)의 소스 전극층 및 드레인 전극층과 동일한 도전막을 사용하여 형성된다. 접속 단자 전극(4015)은, 이방성 도전막(4019)을 통해 FPC(4018)의 단자에 전기적으로 접속된다.
도 4aa, 도 4ab, 및 도 4b는, 신호선 구동 회로(4003)가 별도로 형성되어 있고 제1 기판(4001) 위에 탑재된 예를 나타내지만; 본 실시형태가 이 구조로 한정되지 않는다는 점에 주목한다. 주사선 구동 회로는 별도로 형성된 다음 탑재될 수도 있거나, 신호선 구동 회로의 일부 또는 주사선 구동 회로의 일부만이 별도로 형성된 다음 탑재될 수도 있다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상 발현 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다. 그 결과, 액정 표시 소자의 패널의 결함을 저감시킬 수 있기 때문에, 액정 표시 장치의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물의 사용함으로써 액정 소자의 구동 전압을 저하시킬 수 있고, 이는 액정 표시 장치의 구동 전압을 저하시킨다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서, 고분자/액정 복합체는 고분자-안정화 블루상을 발현하고 높은 콘트라스트를 제공하는 것이 가능하기 때문에; 시인성이 높은 고화질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 추가로, 고분자/액정 복합체는 고속 응답이 가능하기 때문에, 더 고성능의 액정 표시 장치가 달성되는 것이 가능하다.
당해 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조 중 임의의 구조와 적절히 조합가능하다.
(실시형태 5)
본 명세서에 개시된 액정 표시 장치는 (게임 기기를 포함한) 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 전자 장치의 예는, 텔레비전 세트 (텔레비전 또는 텔레비전 수상기로도 칭해짐), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기 (휴대 전화 또는 휴대 전화 디바이스로도 지칭됨), 휴대형 게임기, 휴대형 정보 단말기, 오디오 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등이 포함된다.
도 5a는 전자 서적(e북(e-book)으로도 칭해짐)을 나타내며, 이는 하우징 (5000), 표시부(5001), 조작 키(5002), 태양 전지(5003), 및 충방전 제어 회로 (5004)를 포함한다. 도 5a에 나타낸 전자 서적은 다양한 정보 (예를 들어, 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시부 위에 표시하는 기능, 달력, 날짜, 시간 등을 표시부 위에 표시하는 기능, 표시부 위에 표시한 정보를 조작 또는 편집하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의해 처리를 제어하는 기능 등을 갖는다. 도 5a에서, 충방전 제어 회로(5004)는 일례로서 배터리(5005) 및 DCDC 컨버터 (이하, 컨버터라고 약기함)(5006)를 갖는다는 점에 주목한다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(5001)에 적용함으로써, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 전자서적이 제공될 수 있다.
도 5a에 나타낸 구조에서 표시부(5001)에 반투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치를 사용하는 경우, 전자북은 비교적 밝은 상황에서 사용될 수도 있다. 그 경우, 태양 전지(5003)에 의한 발전 및 배터리(5005)에 의한 충전을 효과적으로 수행할 수 있어 바람직하다. 태양 전지(5003)는 하우징(5000)의 스페이스 (표면 또는 이면) 위에 적절히 제공될 수 있으므로, 배터리(5005)가 효율적으로 충전될 수 있어 바람직하다. 또한, 배터리(5005)로서 리튬 이온 전지를 사용할 경우, 소형화 등의 이점이 있다.
도 5a에 나타낸 충방전 제어 회로(5004)의 구성 및 동작을 도 5b에 블록도를 참조하여 설명한다. 도 5b에는 태양 전지(5003), 배터리(5005), 컨버터(5006 및 5007), 스위치(SW1 내지 SW3), 및 표시부(5001)가 나타나 있고, 배터리(5005), 컨버터(5006 및 5007), 및 스위치(SW1 내지 SW3)는 충방전 제어 회로(5004)에 대응한다.
여기서, 외광을 사용하여 태양 전지(5003)에 의해 발전이 되는 경우의 동작의 예를 설명한다. 태양 전지(5003)에 대해 발전된 전력은, 배터리(5005)를 충전하기 위한 전압이 되도록 컨버터(5006)에 의해 승압 또는 강압이 된다. 표시부(5001)의 동작에 태양 전지(5003)로부터의 전력이 사용되는 경우, 스위치(SW1)를 온으로 하고, 컨버터(5007)에 의해 표시부(5001)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을 하는 것으로 된다. 또한, 표시부(5001)에서의 표시를 행하지 않을 경우에는, 스위 (SW1)를 오프로 하고, 스위치(SW2)를 온으로 하여 배터리(5005)를 충전할 수도 있다.
그 다음, 외광을 사용하여 태양 전지(5003)에 의하여 발전되지 않은 경우의 동작의 예를 설명한다. 배터리(5005)에 축적된 전력은 스위치(SW3)를 온으로 함으로써 컨버터(5007)에 의하여 승압 또는 강압된다. 그 다음, 표시부(5001)의 동작에 배터리 (5005)로부터의 전력이 사용된다.
태양 전지(5003)가 충전 수단의 일례로서 기재되지만, 또 다른 수단에 의해 배터리(5005)를 충전할 수도 있다는 점에 주목한다. 게다가, 태양 전지(5003)와 또 다른 충전 수단을 조합하여 사용할 수도 있다.
도 6a는 노트형의 퍼스널 컴퓨터를 나타내며, 이는 본체(6001), 하우징(6002), 표시부(6003), 키보드(6004) 등을 포함한다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(6003)에 적용함으로써, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 노트형의 퍼스널 컴퓨터가 제공될 수 있다.
도 6b는 휴대형 정보 단말기(PDA)를 나타내며, 본체(6011)에는 표시부(6012), 외부 인터페이스(6013), 조작 버튼(6014) 등이 포함되어 있다. 조작용의 부속품으로서 스타일러스(stylus)(6015)가 포함되어 있다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(6012)에 적용함으로써, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 휴대형 정보 단말기(PDA)가 제공될 수 있다.
도 6c는 전자서적의 일례를 나타낸다. 예를 들어, 전자서적(6021)은 2개의 하우징, 하우징(6022 및 6023)을 포함한다. 하우징(6022 및 하우징)은 축부(hinge)(6024)에 의해 일체로 되어, 축부(6024)를 축으로서 전자서적(6021)은 개폐될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 전자서적(6021)은 종이서적과 같은 동작을 행할 수 있다.
표시부(6025 및 6026)는 하우징(6022 및 6023) 각각에 내장되어 있다. 표시부(6025 및 6026)는 한 화면 또는 상이한 화면을 표시할 수 있다. 상이한 화면이 상이한 표시부에 표시되는 구조에서, 예를 들어 우측 표시부 (도 6c에서 표시부(6025))는 문장(text)을 표시할 수 있고 좌측 표시부 (도 6c에서 표시부(6026))는 화상을 표시할 수 있다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(6025 및 6026)에 적용할 경우, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 전자서적(6021)이 수득될 수 있다.
도 6c는 하우징(6022)에 조작부 등이 제공된 예를 나타낸다. 예를 들어, 하우징(6022)에 전원 스위치(6027), 조작 키(6028), 스피커(6029) 등이 제공되어 있다. 조작 키(6028)에 의하여 페이지를 넘길 수 있다. 또한, 표시부가 제공된 하우징의 표면 위에 키보드, 포인팅 디바이스 등을 제공할 수도 있다는 점에 주목한다. 더욱이, 하우징의 이면 또는 측면 위에 외부 접속 단자 (이어폰 단자, USB 단자 등), 기록매체 삽입부 등을 제공할 수도 있다. 더욱이, 전자 서적(6021)은 전자 사전으로서의 기능을 가질 수도 있다.
전자서적(6021)은 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구조를 가질 수도 있다. 무선 통신에 의하여, 전자서적 서버로부터 원하는 서적 데이터 등을 구매하고 다운로드할 수 있다.
도 6d는 휴대전화를 나타내며, 이는 2개의 하우징, 하우징(6031 및 6032)을 포함한다. 하우징(6031)은 표시 패널(6033), 스피커(6034), 마이크로폰(6035), 포인팅 디바이스(6036), 카메라용 렌즈(6037), 외부 접속 단자(6038) 등을 포함한다. 게다가, 하우징(6032)은 휴대형 정보 단말기를 충전하는 기능을 갖는 태양 전지(6039), 외부 메모리 슬롯(6040) 등을 포함한다. 추가로, 안테나는 하우징(6031)에 내장되어 있다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시 패널(6033)에 적용함으로써, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 휴대전화가 제공될 수 있다.
표시 패널(6033)에는 터치 패널이 제공되어 있다. 도 6d에는 영상으로 표시되는 복수의 조작 키(6041)가 점선으로 표시되어 있다. 또한, 태양 전지 (6039)로부터 출력되는 전압을 각 회로에 충분히 높게 승압하기 위한 승압 회로가 포함되어 있다는 점에 주목한다.
표시 패널(6033)의 표시 방향은 사용 형태에 따라 적절히 변화될 수 있다. 추가로, 표시 장치에는 표시 패널(6033)과 동일면 위에 카메라용 렌즈(6037)가 제공되어 있고, 따라서 이는 영상 전화로서 사용될 수 있다. 스피커(6034) 및 마이크로폰(6035)은 음성 통화뿐만 아니라 영상 전화, 녹음 및 재생에 사용될 수 있다. 더욱이, 도 6d에 나타낸 바와 같이 전개된 하우징(6031 및 6032)은 슬라이드하여 하나가 다른 하나에 중첩할 수 있게 되고; 따라서 휴대폰의 소형화가 가능해지고, 이는 휴대폰을 휴대에 적합하도록 한다.
외부 접속 단자(6038)는 AC 어댑터 및 USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속가능하고, 충전 및 퍼스널 컴퓨터와의 데이터 통신이 가능하다. 더욱이, 외부 메모리 슬롯(6040)에 기록 매체를 삽입하여, 더 대량의 데이터를 보존할 수 있고 이동할 수 있다.
추가로, 위의 기능 이외에, 적외선 통신 기능, 텔레비전 수신 기능 등이 제공될 수도 있다.
도 6e는 디지털 비디오 카메라를 나타내며, 이는 본체(6051), 표시부 A(6052), 접안부(6053), 조작 스위치(6054), 표시부 B(6055), 배터리(6056) 등을 포함한다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부 A(6052) 및 표시부 B(6055)에 적용함으로써, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 디지털 비디오 카메라가 제공될 수 있다.
도 6f는 텔레비전 장치의 예를 나타낸다. 텔레비전 세트(6061)에서, 표시부(6063)는 하우징 (6062)에 내장되어 있다. 표시부(6063)는 영상을 표시할 수 있다. 여기서, 하우징(6062)은 스탠드(6064)에 의해 지지된다. 실시형태 3 또는 실시형태 4에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(6063)에 적용할 경우, 높은 콘트라스트 및 높은 시인성을 갖고 고속 응답, 고성능, 및 낮은 구동 전압이 가능한 텔레비전 세트(6061)가 제공될 수 있다.
텔레비전 세트(6061)는 하우징(6062)의 조작 스위치 또는 별도의 리모트 컨트롤러에 의해 의해 조작될 수 있다. 추가로, 리모트 컨트롤러에 당해 리모트 컨트롤러로부터 출력되는 데이터를 표시하는 표시부가 제공될 수도 있다.
텔레비전 세트(6061)에는 수신기, 모뎀 등이 제공되어 있다는 점에 주목한다. 수신기를 사용함으로써, 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 더욱이, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속할 경우, 일방향 (송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향 (송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리)의 정보 통신을 수행할 수 있다.
당해 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조 중 임의의 구조와 적절히 조합가능하다.
[실시예 1]
본 실시예에서, 각각이 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물로서 10 종류의 액정 조성물을 제작하고, 액정 조성물에 대해 수행된 고분자 안정화 처리 (중합 처리)의 결과를 나타내었다.
본 실시예에서 액정 조성물의 제작에서, 블루상을 발현하는 액정 재료로서, E-8 (약칭) (머크 리미티드 재팬 또는 엘씨씨 코퍼레이션(LCC Corporation)에 의해 제조), 4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-3',4'-디플루오로-1,1'-비페닐 (약칭: CPP-3FF), 및 4-n-펜틸벤조산 4-시아노-3-플루오로페닐 에스테르 (약칭: PEP-5CNF); 비액정 단량체로서, 도데실 메타크릴레이트 (약칭: DMeAc) (도쿄 가세이 고교 가부시키가이샤(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)에 의해 제조); 중합 개시제로서, DMPAP (약칭) (도쿄 가세이 고교 가부시키가이샤에 의해 제조); 키랄제로서, 1,4:3,6-디안히드로-2,5-비스[4-(n-헥실-1-옥시)벤조산]소르비톨 (약칭: ISO-(6OBA)2) (미도리 가가쿠 가부시키가이샤에 의해 제조)을 사용하였다. 액정 단량체로서, 표 1에 나타낸 10개의 재료 중 임의의 재료를 사용하였다. 따라서, 10 종류의 액정 조성물을 형성하였다. 상술된 물질의 구조식을 아래에 나타내었다는 점에 주목한다.
Figure 112013041264195-pct00020
Figure 112013041264195-pct00021
추가로, 본 실시예에서 형성된 액정 조성물의 구조는 표 1에 나타내었다. 혼합비는 모두 중량비 (wt%)로 나타내었다.
[표 1]
Figure 112013041264195-pct00022
본 실시예에서, 액정 조성물의 고분자 안정화 처리를 수행하기 위하여 한 쌍의 유리 기판 사이에 액정 조성물을 제공하고 밀봉재로 밀봉하여 액정 셀을 제작하였다. 액정 셀 (액정 셀 1 내지 액정 셀 10)에 사용된 액정 단량체를 표 2에 나타내었다는 점에 주목한다.
[표 2]
Figure 112013041264195-pct00023
각각의 액정 셀 1 내지 10의 형성에서, 한 쌍의 유리 기판을 밀봉재를 사용하여 서로 첩합시켜 기판 사이에 공간 (4 ㎛)이 형성되도록 한 다음, 표 1에 나타낸 혼합비로 형성된 액정 조성물을 주입법에 의해 기판 사이에 주입하였다.
자외선 및 열 경화성 밀봉재를 밀봉재로서 사용하였다는 점에 주목한다. 경화 처리로서, 90초 동안 자외선 조사 처리 (방사조도: 100 mW/㎠)를 수행한 다음, 120℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다.
그 다음, 액정 셀의 고분자 안정화 평가를 수행하였다. 고분자 안정화 평가에, 편광 현미경 (MX-50, 올림푸스 코퍼레이션(Olympus Corporation)에 의해 제조) 및 온도 조절기 (MK1000, 인스텍, 인코퍼레이티드(Instec, Inc.))에 의해 제조)를 사용하였다.
고분자 안정화 처리는 다음과 같이 수행한다. 액정 셀 내의 액정 조성물을 등방상이 나타나는 온도까지 가열한 다음, 항온으로서 소정의 온도로 강온시켰다. 그 다음 자외선 조사 (파장: 365 nm, 방사조도: 11 mW/㎠)를 6분 동안 수행하였다. 자외선 조사 동안의 소정의 온도에 대해서, 1℃의 증가분으로 평가를 수행하였다는 점에 주목한다.
편광 현미경을 사용하여 다음의 조건하에 측정을 수행하였다: 측정 모드는 반사 모드이고; 편광자는 크로스 니콜(crossed nicol)에 배치되며; 배율은 200배이고; 온도는 실온이다.
도 10은 고분자-안정화 블루상을 발현하는 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)를 수행할 수 있는 온도의 상한 및 하한을 나타낸다.
도 10에 나타낸 결과로부터, 메소겐 골격을 포함하는 액정 단량체가 알킬렌기를 특정 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)로 갖는 경우, 통상의 액정 단량체에 비해 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)가 수행될 수 있는 온도 범위가 확대될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 메소겐 골격을 포함하는 액정 단량체에 있어서, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)를 20 이하로 하는 것은 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)가 수행될 수 있는 온도 범위를 확대할 수 있기 때문에 바람직하다. 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)를 12 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
도 10에 나타낸 결과로부터, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위 (상한과 하한 사이의 범위)가 확대되는 경향이 보인다. 특히, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 7인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위는 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 6 또는 8인 액정 단량체를 사용하는 경우에 비해 확대될 수 있다.
구체적으로, 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수 (특히 바람직하게는 7)인 알킬렌기가 본 실시예의 메소겐 골격의 각각의 말단에 결합되고, 알킬렌기의 말단기가 아크릴로일기인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 블루상을 발현하는 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다.
일반적으로, 고분자-안정화 블루상에 있어서, 블루상 발현 온도 범위를 확대하는 요인은 자외선 조사에 의한 단량체의 고분자 안정화 처리 (중합 처리) 과정에 있어서, 액정 재료와 중합에 의해 수득된 폴리머 사이에 상 분리가 일어나고, 폴리머가 블루상의 결함 영역에서 농축 (중합)된다는 것이다.
따라서, 본 실시예에서, 쇄 길이가 홀수 (특히 바람직하게는 7)인 알킬렌기가 본 실시예의 메소겐 골격의 각각의 말단에 결합되고, 알킬렌기의 말단기가 아크릴로일기인 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 사용하는 경우에, 액정 재료와 폴리머 사이의 상 분리가 더 효율적으로 수행되기 때문에; 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 처리 온도 범위가 확대된다.
도 13a 내지 도 13d는 본 실시예의 메소겐 골격를 포함하는 액정 단량체를 사용한 경우에 있어서 고분자-안정화 블루상이 발현된 경우의 배향 상태를 나타낸다. 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 경우와 알킬렌기의 쇄 길이가 짝수인 경우가 나타나 있다. 도 13a는 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 4인 경우를 나타내고, 도 13b는 알킬렌기의 쇄 길이가 6인 경우를 나타내며, 도 13c는 알킬렌기의 쇄 길이가 5인 경우를 나타내고, 도 13d는 알킬렌기의 쇄 길이가 7인 경우를 나타낸다는 점에 주목한다.
결과에 따르면, 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 짝수인 4 또는 6인 경우에는 플레이트렛(platelet) 상태가 보였고, 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 5 또는 7인 경우에는 플레이트렛 상태가 보이지 않았다.
본 실시예의 결과로부터, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상을 발현하는 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다.
고분자-안정화 블루상을 발현할 수 있는 액정 조성물에 있어서, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위의 확대는, 대면적의 액정 표시 장치 등을 제작하기 위해 자외선 조사를 수행하는 온도를 제어하기가 곤란한 경우에 매우 유효하다는 점에 주목한다.
[실시예 2]
본 실시예에서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물에 포함되는 액정 단량체이고, 실시형태 1에서 구조식 (105)로 나타낸 1,4-비스[4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O7)의 합성 방법을 상세히 설명한다.
Figure 112013041264195-pct00024
[단계 1: 4-(7-히드록시-n-헵틸-1-옥시)벤조산 에틸 에스테르의 합성]
Figure 112013041264195-pct00025
200 mL 나스 플라스크(recovery flask)에 3.5 g (21 mmol)의 4-히드록시벤조산 에틸 에스테르, 4.9 g (25 mmol)의 7-브로모-1-헵탄올, 1.0 g (25 mol)의 수산화나트륨, 3.2 g (21 mmol)의 요오드화나트륨, 및 120 mL의 2-부탄온을 가하고, 혼합물을 질소 스트림하에 60℃에서 11시간 동안 교반하였다. 그 다음, TLC를 사용하여 반응이 종료되는 것을 확인한 후, 수득된 혼합물을 자연 여과시키고 잔류물을 물에 용해시켰다. 그렇게 수득된 용액을 3회 추출하고, 추출 용액 및 여액을 혼합하고 황산마그네슘으로 건조시켰다. 혼합물을 자연여과시키고, 수득된 여액을 농축하여 백색 고체를 수득하였다.
수득된 고체를 실리카겔 칼럼 크로마토그래피 (1000 mL의 전개 용매, 에틸 아세테이트:헥산 = 1:2)에 의해 정제하였다. 목적물을 포함하는 수득된 분획을 농축하여, 5.0 g의 무색 오일상 물질을 85%의 수율로 수득하였다.
[단계 2: 4-(7-히드록시-n-헵틸-1-옥시)벤조산의 합성]
Figure 112013041264195-pct00026
500 mL 나스 플라스크에 5.0 g (18 mmol)의 4-(7-히드록시-n-헵틸-1-옥시)벤조산 에틸 에스테르 및 150 mL의 수산화칼륨 수용액 (0.5 mol/L)을 가하고, 혼합물을 질소 스트림하에 100℃에서 10시간 동안 교반하였다. 그 다음, TLC를 사용하여 반응이 종료되는 것을 확인하였다. 수득된 용액에, 디에틸 에테르 및 희 염산을 첨가하고, 수성층을 디에틸 에테르로 3회 추출하였다. 유기층 및 추출 용액을 혼합하고 황산마그네슘으로 건조시켰다. 혼합물을 자연 여과에 의해 분리하고, 여액을 농축하여 목적물인 담황색 고체를 3.3 g, 조 수율 73%로 수득하였다.
[단계 3: 4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조산의 합성]
Figure 112013041264195-pct00027
500 mL 나스 플라스크에 3.3 g (13 mmol)의 4-(7-히드록시-n-헵틸-1-옥시)벤조산, 100 mL의 1,4-디옥산, 및 1.9 g (16 mmol)의 N,N-디메틸아닐린을 가하고, 혼합물을 교반하였다. 용액에, 1.4 g (15 mmol)의 아크릴로일 클로라이드를 서서히 첨가한 다음, 용액을 질소 스트림하에 60℃에서 4시간 동안 교반하였다. 그 다음, TLC를 사용하여 반응이 종료되는 것을 확인하였다. 수득된 용액을 약 800 mL의 물에 서서히 첨가한 결과, 백색 고체가 침전되었다. 백색 고체를 흡입 여과에 의해 수집하고 건조시켜 목적물인 백색 고체를 3.5 g, 조 수율 88%로 수득하였다.
[단계 4: 1,4-비스[4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O7)의 합성]
Figure 112013041264195-pct00028
300 mL 나스 플라스크에 3.5 g (11 mmol)의 4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조산, 0.71 g (5.7 mmol)의 메틸히드로퀴논, 0.21 g (1.7 mmol)의 4-(N,N-디메틸)아미노피리딘 (DMAP), 80 mL의 아세톤, 및 40 mL의 디클로로메탄을 가하고, 혼합물을 대기 하에 교반하였다. 당해 혼합물에, 2.2 g (11 mmol)의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 히드로클로라이드 (EDC)를 첨가한 결과, 모든 재료가 용해되어 용액을 수득하였다. 당해 용액을 대기하 실온에서 20시간 동안 교반하였다.
TLC를 사용하여 반응이 종료되는 것을 확인한 후, 약 40 mL의 클로로포름을 용액에 첨가하였다. 당해 용액을 약 60 mL로 농축하고, 포화 탄산수소나트륨 수용액 및 포화 식염수를 수득된 용액에 첨가하였다. 당해 혼합물의 수성층을 클로로포름으로 3회 추출하고, 추출 용액을 유기층과 합한 다음, 황산마그네슘과 건조시켰다. 당해 혼합물을 자연 여과에 의해 분리하고, 여액을 농축하여 오일상 물질을 수득하였다.
수득된 오일상 물질을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피 (700 mL의 전개 용매, 에틸 아세테이트:헥산 = 1:1)에 의해 정제하였다. 목적물을 포함하는 수득된 분획을 농축하여, 무색 오일상 물질을 수득하였다. 수득된 무색 오일상 물질을 고속 액체 크로마토그래피 (HPLC로 약칭, 전개 용매: 클로로포름)에 의해 정제하여, 목적물인 백색 고체를 0.38 g, 수율 14%로 수득하였다.
핵자기 공명 (NMR)에 의해 당해 화합물이 1,4-비스[4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O7)인 것을 확인하였다.
수득된 화합물의 1H NMR 데이터를 아래에 나타내었다.
Figure 112013041264195-pct00029
도 7 및 도 8a 및 8b는 1H NMR 차트를 나타낸다. 도 8a는 도 7에서 1.0 ppm에서 5.0 ppm의 범위를 확대하여 표시한 차트라는 점에 주목한다. 도 8b는 도 7에서 5.5 ppm에서 8.5 ppm의 범위를 확대하여 표시한 차트이다. 측정 결과로부터 구조식 (105)로 나타낸 1,4-비스[4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O7)이 수득되었음을 알 수 있다.
도 9는 디클로로메탄 용액 중 RM-O7 (약칭)의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 측정에는 자외-가시 분광광도계 (V-550, JASCO 코퍼레이션(Corporation)에 의해 제조)를 사용하였다. RM-O7 (약칭)의 스펙트럼은 다음과 같이 수득하였다: RM-O7 (약칭)의 디클로로메탄 용액을 석영 셀에 가하고 그의 흡수 스펙트럼을 측정한 다음, 석영 및 디클로로메탄의 흡수 스펙트럼을 감하였다.
도 9에서, 횡축은 파장 (nm)을 나타내고 종축은 흡수 강도 (소정의 단위)를 나타낸다. 디클로로메탄 용액의 경우, 흡수 피크는 263 nm 부근에서 관찰되었다.
실시형태 1에 기재된 1,4-비스[4-(5-아크릴로일옥시-n-펜틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O5) 및 1,4-비스[4-(11-아크릴로일옥시-n-운데실-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O11)의 합성은, 본 실시예에 기재된 RM-O7 (약칭)의 합성에 있어서 반응식 (A-1)로 나타낸 단계에서 7-브로모-1-헵탄올 대신에 각각 5-브로모-1-펜탄올 및 11-브로모-1-운데칸올을 사용하여 수행하였다는 점에 주목한다. 그 다음, 반응식 (A-2) 내지 (A-4)에 상응하는 반응을 수행하였고, 그로 인해 RM-O5 및 RM-O11을 수득하였다.
추가로, 실시형태 1에 기재된 1,4-비스[4-(2-메타크릴로일옥시에틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: MeRM-O2) 및 1,4-비스[4-(4-아크릴로일옥시-n-부틸-1-옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠 (약칭: RM-O4)의 합성은, 본 실시예에 기재된 RM-O7 (약칭)의 합성에 있어서 반응식 (A-4)로 나타낸 단계에서 4-(7-아크릴로일옥시-n-헵틸-1-옥시)벤조산 대신에 4-(2-메타크릴로일옥시-1-옥시)벤조산 및 4-(4-아크릴로일옥시-n-부틸-1-옥시)벤조산 각각을 사용하여 수행하였다.
[실시예 3]
본 실시예에서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용하여 형성된 액정 소자, 및 그의 특성을 설명한다.
본 실시예에서, 액정 소자 1은 실시예 1에서 액정 셀 1에 사용된 액정 조성물을 사용하여 형성하였고; 액정 소자 2는 실시예 1에서 액정 셀 2에 사용된 액정 조성물을 사용하여 형성하였고; 액정 소자 4는 실시예 1에서 액정 셀 4에 사용된 액정 조성물을 사용하여 형성하였다.
액정 소자 1, 액정 소자 2, 및 액정 소자 4의 제작에서, 화소 전극층 및 공통 전극층이 콤-유사 형상(comb-like shape)으로 형성되어 있는 유리 기판을 또 다른 유리 기판과 밀봉재를 사용하여 첩합시켜 기판 사이에 공간 (4 ㎛)이 형성되도록 한 다음, 액정 조성물을 주입법에 의해 기판 사이에 주입하였다. 화소 전극층 및 공통 전극층을 스퍼터링법에 의해 산화실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물 (ITSO)을 사용하여 형성하였다. 두께는 110 nm로 설정하였고, 화소 전극층의 폭, 공통 전극층의 폭, 및 화소 전극층과 공통 전극층 사이의 간격은 각각 2 ㎛로 설정하였다는 점에 주목한다.
자외선 및 열 경화성 밀봉재를 밀봉재로서 사용하였다는 점에 주목한다. 경화 처리로서, 90초 동안 자외선 조사 처리 (방사조도: 100 mW/㎠)를 수행한 다음, 120℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다.
그 다음, 고분자 안정화 처리는 다음과 같이 수행하였다. 액정 소자 내의 액정 조성물을 등방상이 나타나는 온도까지 가열한 다음, 항온으로서 소정의 온도로 강온시켰다. 그 다음 자외선 조사 (파장: 365 nm, 방사조도: 11 mW/㎠)를 6분 동안 수행하였다.
액정 소자 1, 액정 소자 2, 및 액정 소자 4의 자외선 조사 온도는 실시예 1에서 액정 셀 1, 액정 셀 2, 및 액정 셀 4의 고분자 안정화가 수행될 수 있는 각각의 온도로 설정하였다.
이렇게 수득된 액정 소자 1, 액정 소자 2, 및 액정 소자 4의 전압-투과율 특성을 측정하였다. 도 11은 전압-투과율 특성의 측정 결과를 나타낸다.
전압-투과율 특성의 측정은 LCD-7200 (오쓰카 덴시 가부시키가이샤(Otsuka Electronics Co., Ltd.)에 의해 제조)을 사용하여 측정 모드가 투과 모드이었고; 편광자는 크로스 니콜에 배치된 조건하에 수행하였다는 점에 주목한다.
도 11의 결과로부터, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 긴 액정 단량체를 사용함으로써 구동 전압이 저하된다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 실시예의 결과로부터, 각각 본 발명의 한 실시형태인 메소겐 골격을 각각 포함하는 액정 단량체 중에서, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 긴 액정 단량체를 사용함으로써, 액정 단량체를 사용하여 형성된 액정 소자의 구동 전압이 저하될 수 있음이 밝혀졌다.
[실시예 4]
본 실시예에서, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물로서, 실시예 1에서 사용된 것과 상이한 블루상을 발현하는 액정 재료를 사용하여 10 종류의 액정 조성물을 제작하고, 액정 조성물에 대해 수행된 고분자 안정화 처리 (중합 처리)의 결과를 나타내었다.
본 실시예에서 액정 조성물의 제작에서, 블루상을 발현하는 액정 재료로서, MDA-00-3506 (약칭) (머크 리미티드 재팬에 의해 제조), NEDO LC-C (약칭) (머크 리미티드 재팬에 의해 제조), 4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-3',4'-디플루오로-1,1'-비페닐 (약칭: CPP-3FF), 및 4-n-펜틸벤조산 4-시아노-3-플루오로페닐 에스테르 (약칭: PEP-5CNF); 비액정 단량체로서, 도데실 메타크릴레이트 (약칭: DMeAc) (도쿄 가세이 고교 가부시키가이샤에 의해 제조); 중합 개시제로서, DMPAP (약칭) (도쿄 가세이 고교 가부시키가이샤에 의해 제조); 키랄제로서, 1,4:3,6-디안히드로-2,5-비스[4-(n-헥실-1-옥시)벤조산]소르비톨 (약칭: ISO-(6OBA)2) (미도리 가가쿠 가부시키가이샤에 의해 제조)을 사용하였다. 액정 단량체로서, 표 3에 나타낸 10개의 재료 중 임의의 재료를 사용하였다. 따라서, 10 종류의 액정 조성물을 형성하였다. 상술된 물질의 구조식을 아래에 나타내었다는 점에 주목한다.
Figure 112013041264195-pct00030
Figure 112013041264195-pct00031
추가로, 본 실시예에서 형성된 액정 조성물의 구조는 표 3에 나타내었다. 혼합비는 모두 중량비 (wt%)로 나타내었다.
[표 3]
Figure 112013041264195-pct00032
본 실시예에서, 액정 조성물의 고분자 안정화 처리를 수행하기 위하여 한 쌍의 유리 기판 사이에 액정 조성물을 제공하고 밀봉재로 밀봉하여 액정 셀을 제작하였다. 액정 셀 (액정 셀 11 내지 액정 셀 20)에 사용된 액정 단량체를 표 4에 나타내었다는 점에 주목한다.
[표 4]
Figure 112013041264195-pct00033
각각의 액정 셀 11 내지 20의 형성에서, 한 쌍의 유리 기판을 밀봉재를 사용하여 각각 첩합시켜 기판 사이에 공간 (4 ㎛)이 형성되도록 한 다음, 표 1에 나타낸 혼합비로 형성된 액정 조성물을 주입법에 의해 기판 사이에 주입하였다.
자외선 및 열 경화성 밀봉재를 밀봉재로서 사용하였다는 점에 주목한다. 경화 처리로서, 90초 동안 자외선 조사 처리 (방사조도: 100 mW/㎠)를 수행한 다음, 120℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다.
그 다음, 액정 셀의 고분자 안정화 평가를 수행하였다. 고분자 안정화 평가에, 편광 현미경 (MX-50, 올림푸스 코퍼레이션에 의해 제조) 및 온도 조절기 (MK1000, 인스텍, 인코퍼레이티드에 의해 제조)를 사용하였다.
고분자 안정화 처리는 다음과 같이 수행하였다. 액정 셀 내의 액정 조성물을 등방상이 나타나는 온도까지 가열한 다음, 항온으로서 소정의 온도로 강온시켰다. 그 다음 자외선 조사 (파장: 365 nm, 방사조도: 11 mW/㎠)를 6분 동안 수행하였다. 자외선 조사 동안의 소정의 온도에 대해서, 1℃의 증가분으로 평가를 수행하였다는 점에 주목한다.
편광 현미경을 사용하여 다음의 조건하에 측정을 수행하였다: 측정 모드는 반사 모드이고; 편광자는 크로스 니콜에 배치되며; 배율은 200배이고; 온도는 실온이다.
도 12는 고분자-안정화 블루상을 발현하는 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)를 수행할 수 있는 온도의 상한 및 하한을 나타낸다.
도 12에 나타낸 결과로부터, 메소겐 골격을 포함하는 액정 단량체가 알킬렌기를 특정 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)로 갖는 경우, 통상의 액정 단량체에 비해 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)가 수행될 수 있는 온도 범위가 확대될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 메소겐 골격을 포함하는 액정 단량체에 있어서, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)를 20 이하로 하는 것은 고분자 안정화 처리 (여기서, 자외선 조사에 의한 중합 처리)가 수행될 수 있는 온도 범위를 확대할 수 있기 때문에 바람직하다. 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)를 12 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
도 12에 나타낸 결과로부터, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위 (상한과 하한 사이의 범위)가 확대되는 경향이 보인다. 특히, 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 9인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위는 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 6 또는 10인 액정 단량체를 사용하는 경우에 비해 확대될 수 있다.
구체적으로, 아크릴로일기가 본 실시예의 메소겐 골격의 각각의 말단에 결합되고, 알킬렌기의 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수, 특히 바람직하게는 9인 액정 단량체를 사용하는 경우에, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위를 확대하는 것이 가능하다.
일반적으로, 고분자-안정화 블루상에 있어서, 블루상 발현 온도 범위를 확대하는 요인은 자외선 조사에 의한 단량체의 고분자 안정화 처리 (중합 처리) 과정에 있어서, 액정 재료와 중합에 의해 수득된 폴리머 사이에 상 분리가 일어나고, 폴리머가 블루상의 결함 영역에서 농축 (중합)된다는 것이다.
따라서, 본 실시예의 결과로부터, 본 실시예의 메소겐 골격을 포함하는 액정 단량체 및 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수, 특히 바람직하게는 9인 알킬렌기를 갖는 액정 단량체를 포함하는 액정 조성물을 사용하는 경우에, 액정 재료와 폴리머 사이의 상 분리가 더 효율적으로 수행되기 때문에; 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 처리 온도 범위가 확대된다.
도 14a 내지 14d는 본 실시예의 메소겐 골격를 포함하는 액정 단량체를 사용한 경우에 있어서 고분자-안정화 블루상이 발현된 경우의 배향 상태를 나타낸다. 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 경우와 알킬렌기의 쇄 길이가 짝수인 경우가 나타나 있다. 도 14a는 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 4인 경우를 나타내고, 도 14b는 알킬렌기의 쇄 길이가 6인 경우를 나타내며, 도 14c는 알킬렌기의 쇄 길이가 5인 경우를 나타내고, 도 14d는 알킬렌기의 쇄 길이가 7인 경우를 나타낸다는 점에 주목한다.
결과에 따르면, 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 짝수인 4 또는 6인 경우 및 액정 단량체의 알킬렌기의 쇄 길이 (산소 원자 및/또는 탄소 원자의 합계)가 홀수인 5 또는 7인 경우에 플레이트렛 상태가 보였다. 홀수인 경우에, 플레이트렛의 크기가 더 커졌음을 확인하였다.
본 실시예의 결과로부터, 본 발명의 한 실시형태인 액정 조성물을 사용함으로써, 블루상을 발현하는 온도 범위가 확대된 고분자/액정 복합체를 수득하기 위한 고분자 안정화 처리의 온도 범위를 확대하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다.
고분자-안정화 블루상을 발현할 수 있는 액정 조성물에 있어서, 고분자 안정화 처리가 수행될 수 있는 온도 범위의 확대는, 대면적의 액정 표시 장치 등을 제작하기 위해 자외선 조사를 수행하는 온도를 제어하기가 곤란한 경우에 매우 유효하다는 점에 주목한다.
100: 액정 단량체, 100a, 100b: 액정 단량체, 101: 메소겐 골격, 101a, 101b: 메소겐 골격, 102: 알킬렌기, 102a, 102b: 알킬렌기, 103a, 103b: 알킬렌기, 200: 제1 기판, 201: 제2 기판, 202: 액정층, 203: 화소 전극층, 204: 공통 전극층, 301: 게이트 배선층, 301a: 게이트 전극층, 302: 게이트 절연층, 303: 반도체층, 305: 소스 배선층, 305a: 배선층, 307: 절연막, 308: 공통 전극층, 309: 절연막, 313: 층간막, 320: 트랜지스터, 341: 제1 기판, 342: 제2 기판, 344: 액정층, 346: 공통 전극층, 347: 화소 전극층, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 조작 키, 5003: 태양 전지, 5004: 충전/방전 제어 회로, 5005: 배터리, 5006: 컨버터 (DC-DC 컨버터), 6001: 본체, 6002: 하우징, 6003: 표시부, 6004: 키보드, 6011: 본체, 6012: 표시부, 6013: 외부 인터페이스, 6014: 조작 버튼, 6015: 스타일러스, 6021: 전자서적, 6022: 하우징, 6023: 하우징, 6024: 축부, 6025: 표시부, 6026: 표시부, 6027: 전원, 6028: 조작 키, 6029: 스피커, 6031: 하우징, 6032: 하우징, 6033: 표시 패널, 6034: 스피커, 6035: 마이크로폰, 6036: 포인팅 디바이스, 6037: 카메라용 렌즈, 6038: 외부 접속 단자, 6039: 태양 전지, 6040: 외부 메모리 슬롯, 6041: 조작 키, 6051: 본체, 6052: 표시부 (A), 6053: 접안부, 6054: 조작 스위치, 6055: 표시부 (B), 6056: 배터리, 6061: 텔레비전 장치, 6062: 하우징, 6063: 표시부, 6064: 스탠드
본 출원은, 전문이 본원에 참고로 포함되는, 2010년 11월 30일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 일련번호 2010-266530을 기초로 한다.

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  8. 조성물로서,
    4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-3',4'-디플루오로-1,1'-비페닐과,
    구조식 (102), (104), (106), 및 (108) 중 하나로 표현되는 화합물을 포함하는, 조성물.
    Figure 112018018148117-pct00075

    Figure 112018018148117-pct00038

    Figure 112018018148117-pct00076

    Figure 112018018148117-pct00077
  9. 제8항에 있어서, 4-n-펜틸벤조산 4-시아노-3-플루오로페닐 에스테르를 더 포함하는, 조성물.
  10. 액정 소자로서,
    제8항 또는 제9항에 따른 조성물을 고분자 안정화 처리하여 수득된 재료를 포함하는, 액정 소자.
  11. 액정 소자로서,
    제8항 또는 제9항에 따른 조성물에 기초한 재료를 포함하는, 액정 소자.
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