KR102656729B1 - 광 변조 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 각각의 기판의 내부 표면 상의 전극 구조체, 및 하나 이상의 입자를 포함하는 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 스위칭 층이 제공된, 한 쌍의 대면하는 투명 기판을 포함하는 광 변조 소자에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에서의 전술 및 후술되는 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전술 및 후술되는 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 각각의 기판의 내부 표면 상의 전극 구조체, 및 하나 이상의 입자를 포함하는 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 스위칭 층이 제공된, 한 쌍의 대면하는 투명 기판을 포함하는 광 변조 소자에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에서의 전술 및 후술되는 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전술 및 후술되는 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 종래 기술에 공지되어 있다. 가장 일반적인 디스플레이 장치는 샤트-헬프리히 효과에 기반하고, 트위스트된 네마틱 구조, 예컨대 전형적으로 90°의 트위스트 각을 갖는 TN("트위스트된 네마틱") 셀 및 전형적으로 180° 내지 270°의 트위스트 각을 갖는 STN("수퍼-트위스트된 네마틱") 셀을 갖는 액정 매질을 함유한다. 이들 디스플레이에서의 트위스트된 구조는 보통 네마틱 또는 스멕틱 액정 매질에 하나 이상의 키랄 도판트의 첨가에 의해 달성된다.
또한, 키랄 네마틱 또는 콜레스테릭 구조를 갖는 액정(LC) 매질을 함유하는 액정 디스플레이가 공지되어 있다. 이들 매질은 TN 및 STN 셀로부터의 매질에 비해 상당히 높은 트위스트를 갖는다.
콜레스테릭 액정은 원형-편광된 광의 선택적 반사를 보이며, 이때 상기 광 벡터의 회전 방향은 콜레스테릭 나선의 회전 방향에 상응하다. 반사 파장 λ는 하기 식에 따라, 콜레스테릭 나선의 피치 p 및 콜레스테릭 액정의 평균 복굴절률 n으로 주어진다:
λmax = n . p
상기 식에서,
λmax는 선택적 반사 최대치의 파장이고,
n은 평균 굴절률(nmean= [(no+ne)]/2)이고,
피치(p)는 CLC 상의 배향 축(디렉터)이 2π 회전을 진행한 거리이다.
통상적인 콜레스테릭 액정(CLC) 디스플레이의 예는 소위 SSCT("surface stabilised cholesteric texture") 및 PSCT("polymer stabilised cholesteric texture") 디스플레이이다. CLC 및 이의 복합물 중의 콜레스테릭 액정(CLC)의 제어된 피치를 갖는 나선형 구조는 이들을 무-편광기 전기 광학 장치, 예컨대 전기적 스위칭가능한 프라이버시 윈도우, 광 셔터에서의 사용에 매우 유망하게 만든다.
전술된 디스플레이를 위한 CLC 매질은, 예컨대 높은 트위스팅 파워를 갖는 키랄 도판트를 갖는 네마틱 LC 매질을 도핑시켜 제조될 수 있다. 그 후 도입된 콜레스테릭 나선의 피치 p는 하기 식에 따라 키랄 도판트의 농도 c 및 나선형 트위스팅 파워 HTP로 주어진다.
p = (HTP c)-1
예컨대, 개별 도판트의 HTP의 온도 의존성을 보상하여 CLC 매질의 나선 피치 및 반사 파장의 낮은 온도 의존성을 달성하기 위해 2 종 이상의 도판트를 사용할 수도 있다. 그러면, 총 HTP(HTPtotal)는 대략 하기와 같다:
상기 식에서,
ci는 각각의 개별 도판트의 농도이고,
HTPi는 각각의 개별 도판트의 나선형 트위스팅 파워이다.
전술된 적용례에서의 사용을 위해, 키랄 도판트는 가장 높은 가능한 나선형 트위스팅 파워 및 저온 의존성, 높은 안정성 및 액정 호스트 상에서의 우수한 용해도를 가져야 한다. 또한, 이들은 액정 및 액정 호스트 상의 전기 광학 특성에 가능한 적은 악영향을 가져야 한다. 특히 예컨대 콜레스테릭 디스플레이에서 작은 피치를 성취할 뿐만 아니라, 도판트의 농도를 감소시킬 수 있도록 도판트의 높은 나선형 트위스팅 파워가 요망된다. 먼저, 이는 도판트에 의한 액정 매질의 특성의 잠재적 손상에서의 감소를 달성하고, 그 다음에 도판트의 용해도와 관련된 라티튜드(latitude)를 증가시키고, 또한 예컨대 비교적 낮은 용해도의 도판트가 사용될 수 있게 한다.
일반적으로, 전술된 디스플레이에서 사용하기 위한 CLC 물질은 높은 화학적 열적 안정성 및 전기장 및 전자기 선에 대한 우수한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 높은 등명점, 충분히 높은 복굴절률, 높은 양성 유전 이방성 및 낮은 회전 점도를 갖는 넓은 콜레스테릭 액정 상을 가져야 한다.
CLC의 텍스쳐가 초점 원뿔형 텍스쳐로 스위칭되는 경우, 브래그 반사는 사라지고, CLC는 랜덤하게 분포되는 나선형 축에 기인하여 입사광을 산란시킨다.
CLC 복합 시스템에서 소량의 단량체가 CLC 분산되고, 액정 상에서 중합되어 이방성 중합체 네트워크를 형성하고, 중합체 네트워크는 LC에 정렬 효과를 갖고, 이는 액정을 이에 평행하게 유지시킨다. 콜레스테릭 피치, 중합 조건 및 중합체 네트워크의 구조에 의존하여, 중합체 안정화된 콜레스테릭 텍스쳐(PSCT)는 통상적으로 정상(normal) 및 역 모드 광 셔터에서 작동한다. 단량체가 CLC의 호메오트로픽(H) 상태로 중합되는 경우, 형성된 중합체 네트워크는 셀 기판에 수직이고, 이는 보통 초점 원뿔형(FC) 텍스쳐를 산란시키고, PSCT 정상 모드 광 변조 소자가 수득된다. 평면형(P) 텍스쳐에서, 모든 나선형 축은 기판 표면에 수직인 방향으로 배열된다. 피치 길이가 가시광의 파장보다 훨씬 크거나 작은 경우, 셀은 투명하게 될 것이다.
초점 원뿔형 상태에서, 나선형 축은 랜덤하게 배열되고, 텍스쳐는 강한 광 산란을 보이는데, 이는 도메인 경계부에서 굴절률의 불연속적 공간 변이 때문이다. 중합체 네트워크에서의 평면형과 초점 원뿔형 상태 사이의 전기장 구동형(electric-field-driven) 텍스쳐 전이의 효과는 PSCT 디스플레이의 작동의 기초가 된다.
평면형 및 초점 원뿔형 구성 둘다는 외부 전기장의 부재 하에 안정하다. 그러나, 상태 사이의 스위칭은 단지 H 상태를 통해서만 달성될 수 있고, 이때 콜레스테릭 나선은 양성 유전 이방성(Δε> 0)을 갖는 LC 분자와 수직 전기장 사이의 유전 커플링에 의해 완전히 풀린다(unwound).
따라서, 높은 스위칭 전압이 통상의 PSCT 광학 장치에 요구된다. 통상적으로, 일반적으로, P 상태로부터 FC 상태로의 CLC 스위칭은 AC 방형파의 펄스에 의해 유도된다. 임계 값을 넘어선 고 전압이 적용되는 경우, CLC는 H 상태로 갈 것이다. 전기장이 신속하게 꺼지는 경우 P 상태로의 후속 전이가 달성될 수 있지만, 고 전압이 천천히 꺼지는 경우, CLC의 H 상태는 FC 상태로 변할 것이다. 이런 구동 방식으로, FC로부터 P 상태로의 전이는 중간 H 상태를 통해 달성되고, 전이 시간은 느린 H -> P 전이 때문에 매우 길다.
이러한 통상적인 구동 방식은 쌍안정성 FC 상태로부터 P 상태로 스위칭하는 간접 전이 경로를 사용한다. 어떤 식이든, P 상태 또는 광-산란 FC 상태로부터 다른 상태로의 스위칭은 다양한 LC 적용례, 예컨대 콜레스테릭 디스플레이, 역-모드 광 셔터 및 기타 전기 광학 장치에 대해 제안되었다.
최근, 추가의 전기장의 적용에 의해 2개의 광학 상태를 유지할 수 있는(그리고 소위 에너지 효율성인), 열 및 전기적으로 스위칭가능한 쌍안정성 PSLC 광 셔터가 보고되었다(문헌[J. Ma, L. Shi, and D.-K. Yang, "Bistable polymer stabilized cholesteric texture light shutter," Appl. Phys. Express 3(2), 021702 (2010)]).
마(Ma) 등은 전기적으로 스위칭가능한 쌍안정성 PSCT 광을 달성하기 위해 이중 주파수 CLC를 사용하였다. 그러나, 어떻게 역 모드 PSCT가, 빠른 스위칭 속도, 매우 작은 히스테레시스, 및 선택적 반사와 같은 현저한 전기 광학 성능과 함께 쌍안정성이 될 수 있는가에 대한 해결안된 문제가 여전히 남아 있다. 셀 기판에 수직인 충분히 큰 전기장이 역 모드 PSCT에 적용되는 경우, 중합체 네트워크는 비틀어지고, 안정한 P 텍스쳐로부터 안정한 FC 텍스쳐로의 스위칭은 투명 P 텍스쳐로 되돌아 올 수 없다. CLC의 H 상태를 통해 불투명 상태로부터 투명 상태로의 셔터를 스위칭하는데 매우 높은 전기장이 요구된다.
2개의 안정한 상태 사이에서 CLC 광 변조 소자를 스위칭하는 대안적 방식은, 이중-주파수 네마틱 액정(DFLC)을 사용하는 것이다. 이러한 DFLC 물질은 높은 유전 분산성을 가져서(이때 유전 이방성, Δε(f)=ε∥(f)-ε⊥(f)은 주파수 의존성이다), 교차 주파수 fco에서 신호 변화를 생성하며, 이때 Δε(fco)=0이다. 일부 DFLC 물질에서, fco는 수 kHz에서 발생되고, Δεfco는 1-100 kHz 범위에 걸쳐 상당히 변화한다. DFLC 셀에서, 디렉터(director)는, fco 초과 또는 미만의 주파수에서 샘플을 가로질러 전기장을 적용하여 호모지니어스(homogeneous) 또는 호메오트로픽 정렬 사이에서 구동될 수 있다. LC의 분자는, 배향되는 경향에 따라 바람직한 방향(유닛 벡터)을 갖는다. 전기장에 LC 셀에 적용되는 경우, 이는 유닛 벡터 상에 토크를 가할 것이다. 이방성 신호(즉, Δε>0 또는 Δε<0)에 의존하여, 이 토크는 디렉터를 전기장 방향에 대해 각각 평행 또는 수직으로 바꿀 것이다.
수(Xu) 및 양(D.-K. Yang)은, 직접 스위칭에 기반한 DFLC 물질을 사용하는 작은 크기의 CLC 반사성 디스플레이의 전기 광학 특성에 대해 보고하였다.
그러나, 상기 저자는 초기 평면형 상태에서 호모지니어스 폴리이미드(PI) 정렬 층을 사용하였고, 이는 접근 비용을 경쟁력 없게 만들고, 이는 장치에 대한 다양한 제조 공정 단계를 필요로 한다.
또한, 어드레싱 과정은 동적 이미지를 표시하기에 충분히 빠르지 않고, FC 및 P 텍스쳐로 어드레싱하기 위해 픽셀에 가로질러 인가되는 전압은 각각 매우 높은 66 V 및 100 V이었다. 또한, 저자들은, 상업용 적용례에서의 기억 모드 동안 체류 시간, P 상태에서의 가시성 및 FC 상태에서의 불투명성을 노출할 수 없었다.
더욱 최근에, 시아오(Y. C. Hsiao) 등은 또한, 평면형 셀 내에 호모지니어스 폴리이미드 정렬 층을 갖는 DFLC를 사용한 쌍안정성 콜레스테릭 강도 조절제에 대해 보고하였지만(문헌[Y.-C. Hsiao, C.-Y. Tang, and W. Lee, "Fast-switching bistable cholesteric intensity modulator," Opt. Express 19(10), 9744-9749 (2011)], 작동 전압은 여전히 비교적 높고, FC 상태의 산란 파워는 이상적 쌍안정성 광 셔터로서의 장치의 용도를 보증하기에 충분하지 않았다. 상기 저자들이 평면형 셀 내에 호모지니어스 PI 층을 사용한 것과 같이, 그러나 호모지니어스 정렬 층은 초기 평면형 상태(고 주파수 장 인가 전)에서 LC의 보다 우수한 정렬을 제공할 수 있지만, 이는 항상 순수 콜레스테릭 시스템에서 0 V에서 FC 상태를 탈안정화시키며 FC 상태는 저 주파수 인가 장의 부재 하에 장 시간 동안 안정하지 않다.
따라서, 바람직하게는 어떠한 호모지니어스 PI 코팅 없이 이중 주파수 액정(DFLC) 매질을 사용하는, 역 모드 쌍안정성 CLC 광 셔터에 대한 큰 요구가 존재하며, 이는 유전 이방상의 신호 전환에 대한 상이한 주파수에서 미교적 매우 낮은 전기장을 적용하여 투명(또는 반사성) P 상태와 불투명(또는 투명) FC 상태 사이에서 및 그 역으로 직접 스위칭될 수 있다.
놀랍게도, 이제, 종래 기술의 광 변조 소자의 단점을 보이지 않거나 적어도 상당히 감소된 정도로 보이는, 이러한 역 모드 쌍안정성 CLC 광 셔터 또는 광 변조 소자가 실현될 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명은, 각각의 기판의 내부 표면 상의 전극 구조체, 및 하나 이상의 입자를 포함하는 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 스위칭 층이 제공된, 한 쌍의 대면하는 투명 기판을 포함하는 광 변조 소자에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에서의 전술 및 후술되는 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전술 및 후술되는 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전기 광학 부품 또는 장치에 관한 것이다.
상기 장치 및 부품은, 비제한적으로, 전기 광학 디스플레이, LCD, 광학 필름, 편광기, 보상기, 빔 스플리터, 반사 필름, 정렬 층, 컬러 필터, 홀로그래피 소자, 핫 스탬핑 호일, 컬러 이미지, 장식 또는 보안 마킹, LC 안료, 접착제, 비선형 옵틱(NLO) 장치, 광학 정보 저장 장치, 전자 장치, 유기 반도체, 유기 필드 효과 트랜지스터(OFET), 집적 회로(IC), 박막 트랜지스터(TFT), 라디오 주파수 확인(RFID) 태그, 유기 발광 다이오드(OLED), 유기 발광 트랜지스터(OLET), 전기발광 디스플레이, 유기 광전(OPV) 장치, 유기 솔라 셀(O-SC), 유기 레이저 다이오드(O-레이저), 유기 집적 회로(O-IC), 조명 장치, 센서 장치, 전극 물질, 광전도체, 광 검출기, 전기 사진 기록 장치, 커패시터, 전하 주입 층, 쇼트키 다이오드, 평면화 층, 대전방지 필름, 전도성 기판, 전도성 패턴,, 광전도체, 전기 사진 제품, 전기 사진 기록기, 유기 기억 장치, 바이오센서, 바이오칩, 다중 파장에서 유사한 상 전이를 요구하는 광전기(optoelectronic) 장치, 조합형 CD/DVD/HD-DVD/블루-레이, 판독, 기록, 재기록 데이터 저장 시스템, 카메라 또는 윈도우를 포함한다.
특히, 본 발명은 또한, 프라이버시 윈도우에서의 상기 광 변조 소자의 용도, 및 본 발명에 따른 광 변조 소자를 포함하는 프라이버시 윈도우에 관한 것이다.
용어 및 정의
용어 "액정", "준결정(mesomorphic) 화합물" 또는 "메소젠성 화합물"(또한 간단히 "메소젠"이라 함)은 온도, 압력 및 농도의 적절한 조건하에서 중간상(mesophase)(네마틱, 스멕틱 상 등) 또는 특히 LC 상으로서 존재할 수 있는 화합물을 의미한다. 비-양친성 메소젠성 화합물은 예를 들어 하나 이상의 칼라미틱(calamitic), 바나나-형상 또는 디스코틱(discotic) 메소젠성 기를 포함한다.
용어 "메소젠성 기"는 이러한 맥락에서 액정(LC) 상 거동을 유도할 수 있는 능력을 가진 기를 의미한다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물은 반드시 LC 상 자체를 나타낼 필요는 없다. 다른 화합물과의 혼합물에서만 LC 상 거동을 나타내는 것도 가능하다. 단순화를 위해, 용어 "액정"은 메소젠성 및 LC 물질 모두에 대해 이하에서 사용된다.
용어 "저분자"는, 화합물의 상대 분자량이 2000 g/mol 미만인 것을 의미한다.
용어 "반응성 메소젠(RM)"은, 중합성 메소젠성 또는 액정 화합물을 의미하며, 이는 바람직하게는 단량체성 화합물이다.
상기에서 "Sp"로도 지칭되는 용어 "스페이서" 또는 "스페이서 기"는, 당업자에게 공지되어 있고 문헌(예컨대 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)] 및 [C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368] 참조)에 개재되어 있다. 달리 언급하지 않는 한, 상기 및 하기에서 용어 "스페이서" 또는 "스페이서 기"는 가요성 유기 기를 나타내고, 이는 중합성 메소젠성 화합물에서 메소젠성 기 및 중합성 기(들)를 연결한다.
바람직한 스페이서 기 Sp는 화학식 Sp'-X'로부터 선택되어, 라디칼 "P-Sp-"가 화학식 "P-Sp'-X'-"를 따르며, 여기서
Sp'은 1 내지 20개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌을 나타내고, 이는 임의적으로 F, Cl, Br, I 또는 CN에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있고, 또한 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -NRx-, -SiRxRxx-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NRx-CO-O-, -O-CO-NRx-, -NRx-CO-NRx-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체되고,
X'은 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRx-, -NRx-CO-, -NRx-CO-NRx-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CRx-, -CYx=CYxx-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,
Rx 및 Rxx는 각각 서로 독립적으로 H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
Yx 및 Yxx는 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.
X'은 바람직하게는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRx-, -NRx-CO-, -NRx-CO-NRx- 또는 단일 결합을 나타낸다.
전형적인 스페이서 기 Sp'은 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiRxRxx-O)p1-이고, 이때, p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, Rx 및 Rxx는 상기한 의미를 갖는다.
전형적인 스페이서 기 Sp'은 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiRxRxx-O)p1-이고, 이때, p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, Rx 및 Rxx는 상기한 의미를 갖는다.
특히 바람직한 기 -X'-Sp'-은 -(CH2)p1-, -O-(CH2)p1-, -OCO-(CH2)p1- 또는 -OCOO-(CH2)p1-이다.
특히 바람직한 기 Sp'은 예를 들어 각각의 경우에 직쇄 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에테닐렌, 프로페닐렌 및 부테닐렌이다.
하나의 중합성 기를 갖는 중합성 화합물은 또한 "일반응성" 화합물로 불리고, 2개의 중합성 기를 갖는 화합물은 "이반응성" 화합물로 불리고, 2개 초과의 중합성 기를 갖는 화합물은 "다반응성" 화합물로 불린다. 중합성 기가 없는 화합물은 또한 "비반응성" 화합물로도 불린다.
중합성 기(P)는 중합 반응, 예컨대 라디칼 또는 이온성 연쇄 중합, 중첨가 또는 중축합에 참여할 수 있거나 예컨대 중합체 유사 반응에서 축합 또는 첨가에 의해 중합체 골격으로 그래프팅될 수 있는 기를 나타낸다. 연쇄 중합 반응, 예컨대 라디칼, 양이온성 또는 음이온성 중합용 중합성 기가 특히 바람직하다. -C=C- 또는 -C≡C- 결합을 포함하는 중합성 기, 및 개환 반응에 의해 중합할 수 있는 중합성 기, 예컨대 옥세탄 또는 에폭시가 매우 바람직하다.
적합하고 바람직한 중합성 기(P)는, 비제한적으로, CH2=CW1-COO-, CH2=CW1-CO-, 
, CH2=CW2-(O)k1-, CH3-CH=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN-, 또는 W4W5W6Si-를 포함하고, 이때 W1은 H, F, Cl, CN, CF3, 페닐, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, Cl 또는 CH3이고, W2 및 W3은 각각 서로 독립적으로 H, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고, W4, W5 및 W6은 각각 서로 독립적으로 Cl, 탄소수 1 내지 5의 옥사알킬 또는 옥사카보닐알킬이고, W7 및 W8은 각각 서로 독립적으로 H, Cl, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고, Phe는, P-Sp-가 아닌, 바람직하게는 상기 정의된 하나 이상의 L 기로 임의적으로 치환되는 1,4-페닐렌이고, k1 및 k2는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이다.
매우 바람직한 중합성 기는 CH2=CW1-COO-, CH2=CW1-CO-, 
, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN-, 및 W4W5W6Si-로부터 선택되고, 이때 W1은 H, F, Cl, CN, CF3, 페닐, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, F, Cl 또는 CH3이고, W2 및 W3은 각각 서로 독립적으로 H, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고, W4, W5 및 W6은 각각 서로 독립적으로 Cl, 탄소수 1 내지 5의 옥사알킬 또는 옥사카보닐알킬이고, W7 및 W8은 각각 서로 독립적으로 H, Cl, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고, Phe는, P-Sp-가 아닌, 바람직하게는 상기 정의된 하나 이상의 L 기로 임의적으로 치환되는 1,4-페닐렌이고, k1 및 k2는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이다.
매우 바람직한 중합성 기는 CH2=CH-COO-, CH2=C(CH3)-COO-, CH2=CF-COO-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, 
로부터 선택된다.
용어 "중합"은, 다중 중합성 유닛 또는 이런 중합성 유닛을 함유하는 중합체 전구체를 함께 결합시킴에 의해 중합체를 형성하는 화학적 과정을 의미한다.
용어 "중합체"는, 단량체로 불리는 많은 소분자를 함께 화학적으로 결합시켜 형성된, 많은 반복 유닛의 쇄 또는 네트워크로 이루어진 긴 또는 큰 분자를 의미한다. 중합체는 중합, 즉 많은 단량체 분자 또는 중합체 전구체의 합체에 의해 형성된다.
"중합체 네트워크"는, 모든 중합체 쇄들이 상호연결되어 많은 가교결합에 의해 단일 거시적 개체(entity)를 형성하는 네트워크이다. 중합체 네트워크는 하기 유형으로 존재할 수 있다:
- 그래프트 중합체 분자는, 하나 이상의 측쇄가 구조적으로 또는 구성적으로 주쇄와 상이한, 분지형 중합체 분자이다.
- 별형 중합체 분자는, 단일 분지점에서 다중 선형 쇄 또는 암(arm)이 생성된 분지형 중합체 분자이다. 암이 동일한 경우, 별형 중합체 분자는 규칙적인 것으로 언급된다. 인접 암이 상이한 반복 하위유닛으로 구성된 경우, 별형 중합체 분자는 베리게이트형(variegated)으로 불린다.
- 빗형 중합체 분자는 2개 이상의 3형(three-way) 분지점을 갖는 주쇄 및 선형 측쇄로 이루어진다. 암이 동일한 경우, 빗형 중합체 분자는 규칙적인 것으로 언급된다.
- 브러쉬 중합체 분자는 주쇄 및 선형 비분지형 측쇄로 이루어지며, 이때 분지점들 중 하나 이상은 4형 이상의 작용능을 갖는다.
본원에서 사용되는 용어 "입자(들)" 및 "중합체 입자(들)"는 상호교환적으로 사용되고, 균일 형태 및 한정된 치수를 갖는 다수의 격리된 고체 입자를 의미하고, 이는 바람직하게는 중합 공정에 의해 단량체성 물질로부터 직접 수득되고, 더욱 바람직하게는 광학 이방성을 보인다.
본원 전반에 걸쳐, 용어 "아릴 및 헤테로아릴 기"는 일환형 또는 다환형일 수 있는 기를 포함하고, 즉 1개의 고리(예컨대, 페닐) 또는 융합되거나(예컨대, 나프틸) 공유적으로 연결된(예컨대, 바이페닐) 2개 이상의 고리일 수 있거나, 융합된 고리와 연결된 고리의 조합을 함유할 수 있다. 헤테로아릴 기는 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. 탄소수 6 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기와 탄소수 2 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기가 특히 바람직하고, 이 기들은 임의적으로 융합된 고리를 포함하고, 임의적으로 치환된다. 또한, 5, 6 또는 7-원 아릴과 헤테로아릴 기가 바람직하고, 이때, 또한, 하나 이상의 CH 기가, 산소 원자 및/또는 황 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, N, S 또는 O로 대체될 수 있다. 바람직한 아릴 기는, 예컨대, 페닐, 바이페닐, 터페닐, [1, 1':3',1'']터페닐-2'-일, 나프틸, 안트라센, 바이나프틸, 페난프렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스피로바이플루오렌이 바람직하고, 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌이 더욱 바람직하다.
바람직한 헤테로아릴 기는, 예컨대, 5-원 고리, 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 퓨란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸, 1,3,4-티아다이아졸, 6-원 고리, 예컨대 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진, 또는 축합된 기, 예컨대 인돌, 이소-인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프티이미다졸, 페난트리미다졸, 피리미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤족사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜 또는 상기 기들의 조합이다. 헤테로아릴 기는 또한 알킬, 알콕시, 티오알킬, 플루오린, 플루오로알킬 또는 추가 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
본원의 맥락에서, "(비-방향족) 지환족 및 헤테로환 기"는 포화 고리(즉, 단일 결합만을 포함하는 고리)와 부분적으로 불포화된 고리(즉, 다중 결합 역시 포함할 수 있는 고리) 모두를 지칭한다. 헤테로고리는 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. (비-방향족) 지환족 및 헤테로환 기는 일환형(즉, 하나의 고리만은 포함함)(예를 들어, 사이클로헥산) 또는 다환형(즉, 복수의 고리를 포함함)(예를 들어, 데카하이드로-나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)일 수 있다. 포화된 기가 특히 바람직하다. 또한, 임의적으로는 융합된 고리를 포함하고 임의적으로 치환되는 탄소수 3 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 기가 바람직하다. 또한, 5-, 6-, 7- 또는 8-원 탄소환형 기가 바람직하고, 이때, 하나 이상의 탄소 원자가 또한 Si로 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있다. 바람직한 지환족 및 헤테로환 기는, 예컨대 사이클로헵탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘과 같은 5-원 기, 사이클로헥산, 실리네인, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티안, 피페리딘과 같은 6-원 기, 사이클로헵탄과 같은 7-원 기, 및 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메탄오인단-2,5-다이일, 더욱 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌, 3,17-헥사데카하이드로-사이클로펜타[a]페난트렌과 같은 융합된 기이고, 임의적으로는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다. 특히 바람직한 아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환 기는 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌, 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌 및 3,17-헥사데카하이드로사이클로펜타[a]-페난트렌이고, 이들은 임의적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다.
상기 아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환 기의 바람직한 치환기(L)는, 예컨대 알킬 또는 알콕시와 같은 용해성-촉진 기, 및 불소, 나이트로 또는 나이트릴과 같은 전자-끌기 기이다. 특히 바람직한 치환기는, 예컨대, F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2 또는 OC2F5이다.
상기 및 하기 "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.
또한, 상기 및 하기 용어 "알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등은, 예를 들어 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등과 같은 다가 기를 지칭한다. 용어 "아릴"은 방향족 탄소 기 또는 그들로부터 유도된 기를 나타낸다. 용어 "헤테로아릴"은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는, 상기 정의에 따른 "아릴"을 나타낸다.
바람직한 알킬 기는, 예컨대, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 2-에틸헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, n-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실, 도데카닐, 트라이플루오로메틸, 퍼플루오로-n-부틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로헥실 등이다.
바람직한 알콕시 기는, 예컨대, 메톡시, 에톡시, 2-메톡시에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시이다.
바람직한 알케닐 기는, 예컨대, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 사이클로펜테닐, 헥세닐, 사이클로헥세닐, 헵테닐, 사이클로헵테닐, 옥테닐, 사이클로옥테닐이다.
바람직한 알키닐 기는, 예컨대 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 헥시닐, 옥티닐이다.
바람직한 아미노 기는, 예컨대, 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노이다.
용어 "키랄"은 일반적으로 그 거울상에 대해 비-중첩성인 물체를 기술할 때 사용된다.
"아키랄"(비-키랄) 물체는 그의 거울상과 같은 물체이다.
"키랄 네마틱"과 "콜레스테릭"이라는 용어는 본원에서 달리 명시하지 않는 한 동의어로 사용된다.
"정렬" 또는 "배향"이라는 용어는 "정렬 방향"으로 지칭되는 통상의 방향에서 소분자 또는 대분자의 단편과 같은 물질의 이방성 유닛의 정렬(방향성 배치)과 관련된다. 정렬 층 또는 액정 물질에서는, 배향 방향이 물질의 이방성 축의 방향에 대응하도록 액정 방향자가 배향 방향과 일치한다.
액정 물질 층에서 "평면형 배향/정렬"이라는 용어는 예를 들어 액정 분자의 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 액정 분자의 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 실질적으로 평행(약 180°)하게 배향되는 것을 의미한다.
액정 물질 층에서 "호메오트로픽 배향/정렬"이라는 용어는 예를 들어 액정 분자의 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 액정 분자의 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 대해 약 80° 내지 90°의 각 θ("경사각")으로 배향되는 것을 의미한다.
달리 명시하지 않는 한, 본원에서 일반적으로 언급되는 광의 파장은 550 nm이다.
복굴절률(Δn)은 본원에서 하기 식으로 정의된다:
Δn = ne - no
상기 식에서, ne는 이상 굴절률이고, no는 정상 굴절률이고, 평균 굴절률(nav.)은 하기 식으로 주어진다.
nav. = [(2no 2 + ne 2)/3]1/2
이상 굴절률(ne) 및 정상 굴절률(no)은 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 측정될 수 있다. 이어서, Δn을 계산할 수 있다.
본원에서 "양의 유전율"이라는 용어는 Δε>3.0인 화합물 또는 성분에 사용되고, "중성 유전율"이라는 용어는 -1.5≤Δε≤3.0인 화합물 또는 성분에 사용되며, "음의 유전율"이라는 용어는 Δε<-1.5인 화합물 또는 성분에 사용된다. Δε은 1 kHz의 주파수 및 20℃에서 결정된다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중의 각각의 개별 화합물의 10% 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 매질 중의 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 농도는 생성 매질이 적어도 그 특성을 결정할 수 있을 만큼 충분히 안정할 때까지 2배 감소한다. 그러나, 상기 결과의 유의성을 가능한 한 높게 유지하기 위해서는 상기 농도를 바람직하게는 5% 이상으로 유지해야 한다. 테스트 혼합물의 커패시턴스는 호메오트로픽 정렬 및 호모지니어스 정렬을 가진 셀에서 측정한다. 상기 두 유형의 셀에서의 광 변조 소자 간격은 약 20 ㎛이다. 인가된 전압은 주파수가 1 kHz이고 근평균제곱 값이 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V인 직사각형 파이지만, 이는 항상 각각의 테스트 혼합물의 용량성 문턱 값 미만이 되도록 선택된다.
Δε은 (ε∥-ε⊥)으로 정의되고, εav.는 (ε∥+2ε⊥)/3으로 정의된다.
이중 주파수 콜레스테릭 액정 혼합물은 통상적으로 하기 2개의 카테고리의 물질로 구성된다:
(1) 화합물은 저 주파수에서 양성 유전 이방성을 보이고;
(2) 화합물은 고 주파수에서 음성 유전 이방성을 보인다.
교차 주파수는 유전 이방성 부호가 변경되는 주파수로서 정의된다. 투명 평면형(P) 상태와 불투명 초점 원뿔형(FC) 상태 사이에서의 직접 스위칭은 DF-ChLC로 나타낼 수 있다.
또한, 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 기재된 정의는 본원의 액정 물질과 관련하여 정의되지 않은 용어에 적용된다.
본 발명에 따르면, 기판은 서로 각각 독립적으로, 특히 금속 산화물, 예를 들어 ITO의 중합체 물질 및 유리 또는 석영 플레이트로 이루어지고, 바람직하게는 서로 각각 독립적으로 유리 및/또는 ITO, 특히 유리/유리로 이루어질 수 있다.
적합하고 바람직한 중합체 기판은, 예를 들어 사이클로 올레핀 중합체(COP), 사이클릭 올레핀 공중합체(COC), 폴리에스터, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌-나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리카보네이트(PC) 또는 트라이아세틸셀룰로오스(TAC)의 필름, 매우 바람직하게는 PET 또는 TAC 필름이다. PET 필름은 듀퐁 테이진 필름스(DuPont Teijin Films)로부터 멜리넥스(Melinex®)라는 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다. COP 필름은 예를 들어 제온 케미칼스 엘피(Zeon Chemicals L.P.)로부터 상표명 제오노(Zeonor®) 또는 제오넥스(Zeonex®)로 상업적으로 입수가능하다. COC 필름은 예를 들어 토파스 어드밴스드 폴리머스 인코포레이티드(Topas Advanced Polymers Inc.)로부터 상표명 토파스(Topas®)로 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 액정 매질의 층은 2개의 가요성 층, 예컨대 가요성 중합체 필름 사이에 위치된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 장치는 가요성 및 굴곡성이고, 예컨대 권취될 수 있다. 가요성 층은 기판 층, 정렬 층 및/또는 편광기를 나타낼 수 있다. 바람직하게는 가요성인 추가의 층이 또한 존재할 수도 있다. 액정 매질의 층이 가요성 층들 사이에 위치된 바람직한 실시양태의 더욱 상세한 개시내용에 대해서는, US 2010/0045924를 참조한다.
기판 층은, 예를 들어 스페이서 또는 층 내의 돌출 구조에 의해 서로 한정된 간격으로 유지될 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 당업자에게 일반적으로 알려져 있으며 예를 들어 플라스틱, 실리카, 에폭시 수지 등으로부터 선택된다.
바람직한 실시양태에서, 기판은 서로 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위, 바람직하게는 서로 약 1.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위, 더욱 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 범위의 간격으로 배열된다. 따라서, 콜레스테릭 액정 매질의 층은 내부 공간에 위치한다.
바람직한 실시양태에서, 광 변조 소자는 전극 구조체를 포함하고, 이는 전기장의 적용을 가능케 하며, 기판 또는 액정 매질 층에 실질적으로 수직이다.
바람직하게는, 광 변조 소자는, 콜레스테릭 액정 매질과 직접 접촉되는 전체 기판 및/또는 픽셀 영역 상에 전극 층으로서 제공되는 전극 구조체를 포함한다.
적합한 투명 전극 물질은, 예를 들어, 본 발명에 따라 바람직한, 예를 들어 투명 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 금속 또는 금속 산화물로 제조된 전극 구조물과 같이 당업자에게 일반적으로 공지되어 있다.
ITO의 박막은 일반적으로 물리적 기상 침착, 전자 빔 침착 또는 스퍼터 침착 기법에 의해 기판 상에 침착된다.
바람직한 실시양태에서, 광 변조 소자는, 전극 구조체 상에 제공되는 하나 이상의 정렬 층을 포함한다. 그러나, 유사하게, 본 발명에 따른 광 변조 소자에 정렬 층이 존재하지 않는 것도 바람직하다.
하나 이상의 정렬 층이 존재하는 경우, 상기 정렬 층은 바람직하게는 전극 구조체 상에 제공된다.
바람직하게는, 정렬 층은 인접 액정 분자에 대해 호메오트로픽 정렬, 경사(tilted) 호메오트로픽 또는 평면형 정렬을 유도하고, 이는 전술된 공통 전극 구조체 및/또는 정렬 전극 구조체 상에 제공된다.
바람직하게는, 정렬 층(들)은, 당업자에게 공지되어 있는 호메오트로픽 정렬 층 물질, 예컨대 알콕시실란, 알킬트라이클로로실란, CTAB, 레시틴 또는 폴리이미드, 예컨대 SE-5561(예컨대 닛산 시판품) 또는 AL-3046, 5561(예컨대 JSR 코포레이션 시판품)로 제조된 층으로 구성된다.
정렬 층은 통상의 코팅 기법, 예컨대 스핀 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 블레이드 코팅에 의해 기판 어레이 또는 전극 구조체 상에 적용될 수 있다. 이는 또한 증착 또는 당업자에게 공지된 통상의 인쇄 기법, 예컨대 스크린 인쇄, 오프셋(offset) 인쇄, 릴-투-릴(reel-to-reel) 인쇄, 활판 인쇄, 그라비어 인쇄, 로토그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 오목 인쇄, 패드 인쇄, 열-밀봉 인쇄, 잉크젯 인쇄, 또는 스탬프 또는 인쇄판에 의한 인쇄에 의해 적용될 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 정렬 층(들)은 바람직하게는 당업자에게 공지된 러빙 기법에 의해 러빙된다.
또 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 제 1 전극 구조체는 제 1 기판 층에 직접 인접되지 않고, 제 2 전극 층은 제 2 층에 직접 인접되지 않지만, 바람직하게는 이온 이동에 대한 배리어 층인 유전체 층은 각각의 기판 층과 각각의 전도성 층 사이에 존재한다.
일반적인 유전체 층 물질은 예를 들어 SiOx, SiNx, 사이톱(Cytop), 테플론(Teflon) 및 PMMA와 같이 당업자에게 일반적으로 공지되어 있다.
유전체 층 물질은 스핀 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 또는 PVD 또는 CVD와 같은 진공 침착과 같은 통상적인 코팅 기법에 의해 기판 또는 전극 층 상에 적용될 수 있다. 이는 또한 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 릴-투-릴 인쇄, 활판 인쇄, 그라비어 인쇄, 로토그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 오목 인쇄, 패드 인쇄, 열-밀봉 인쇄, 잉크젯 인쇄, 또는 스탬프 또는 인쇄판에 의한 인쇄와 같은 당업자에게 공지된 통상의 인쇄 기법에 의해 기판 또는 전극 층에 적용될 수 있다.
또한, 상기 광 변조 소자는, 특정 파장의 광을 차단하는 필터, 예를 들어 UV 필터를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라, 당업자에게 통상적으로 공지된 다른 기능 층, 보호 필름 및/또는 보상 필름이 또한 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 광 변조 소자에 사용되는 콜레스테릭 액정 매질은 하나 이상의 비중합성 메소젠성 화합물, 하나 이상의 키랄 화합물, 및 하나 이상의 입자를 포함한다.
적합한 콜레스테릭 액정 매질은 수 종의 화합물, 바람직하게는 3 내지 30종, 더욱 바람직하게는 4 내지 20종, 가장 바람직하게는 4 내지 16종의 화합물로 이루어진다. 이들 화합물은 통상의 방식으로 혼합딘다. 원칙적으로, 소량으로 사용된 요망되는 양의 성분은 혼합물의 주요 구성성분을 구성하는 성분에 용해된다. 이는 승온에서 유리하게 수행된다. 선택된 온도가 주요 구성성분의 등명점보다 높은 경우, 용해 절차의 완료가 특히 관찰 용이하다. 그러나, 또한 다른 통상의 방법, 예를 들어 소위 예비-혼합물을 사용하거나 또는 소위 "멀티보틀"(multibottle) 시스템(이의 구성 성분은 그 자체로 바로 사용할 수 있는 혼합물임)으로부터 액정 혼합물을 제조할 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 광 변조 소자에서 사용되는 콜레스테릭 액정 매질은 양성 유전 이방성을 갖는 하나 이상의 비중합성 메소젠성 화합물 및 음성 유전 이방성을 갖는 하나 이상의 비중합성 메소젠성 화합물을 포함한다.
또 다른 바람직한 실시양태에서 콜레스테릭 액정 매질은 이중 주파수 콜레스테릭 액정 매질이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 매질의 비중합성 메소젠성 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 B-I 내지 B-III의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
LB11 내지 LB31은 독립적으로 H 또는 F이고, 이때 
중 하나 이상이 
을 나타내지 않는 경우 LB22 및 LB31은 F를 나타내고,
RB1, RB21 RB22, RB31 및 RB32는 각각 독립적으로 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 또한 하나 이상의 비인접 CH2 기가, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수도 있고,
XB1은 F, Cl, CN, NCS, OCF2H, OCF3, 또는 CF3, 바람직하게는 CN이고,
ZB1, ZB2, ZB31 및 ZB32는 각각의 경우에 독립적으로 -CH2-CH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2-CH2-, -CO-O-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
는 각각의 경우에서 독립적으로
바람직하게는 이고,
다르게는, 중 하나 이상은
이고,
n은 1, 2 또는 3, 바람직하게는 1 또는 2이고,
m은 0, 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이다.
바람직하게는, 화학식 B-I의 비중합성 메소젠성 화합물은 하기 화학식 B-I-1 내지 B-I-10의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB1은, 12개 이하의 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,
XB1은, F, Cl, CN, NCS, OCF3, 바람직하게는 CN, OCF3 또는 F이다.
바람직하게는, 화학식 B-II의 비중합성 메소젠성 화합물은 하기 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB21 및 RB22는, 독립적으로, 탄소수 12 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 더욱 바람직하게는 RB21은 알킬이고, RB22는 알킬, 알콕시 또는 알켄일이고, 화학식 B-II-1에서 가장 바람직하게는 알켄일, 특히 비닐 또는 1-프로펜일이고, 화학식 B-II-2에서, 가장 바람직하게는 알킬이다.
바람직하게는, 화학식 B-III의 비중합성 메소젠성 화합물은 하기 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB31 및 RB32는, 독립적으로, 탄소수 12 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 더욱 바람직하게는 RB31은 알킬이고, RB32는 알킬 또는 알콕시이고, 가장 바람직하게는 알콕시이다.
화학식 B-I 내지 B-III의 화합물은, 그 자체로 공지된 방법 및 유기 화학의 표준 방법 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 방법에 따라 또는 유사하게 합성될 수 있다.
더욱 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 광 변조 소자용 콜레스테렉 액정 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 B-I의 화합물, 하나 이상의 화학식 B-III의 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 화학식 B-II의 화합물을 포함한다.
액정 매질 중의 비중합성 메소젠성 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 화학식 B-I, B-II, 및/또는 B-III의 화합물의 양은, 총 혼합물의 중량을 기준으로, 바람직하게는 50 내지 98 %, 더욱 바람직하게는 60 내지 95 %, 더욱 더 바람직하게는 70 내지 90 %, 가장 바람직하게는 80 내지 90 %이다.
본 발명에 따른 광 변조 소자용 콜레스테렉 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함한다. 이들 키랄 화합물은 비-메소젠성 화합물 또는 메소젠성 화합물일 수 있다. 이들 키랄 화합물(메소젠성이든 또는 비-메소젠성이든)은 비반응성, 일반응성 또는 다반응성일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른, 사용되는 키랄 화합물은, 각각 단독으로 또는 서로 조합하여 5 ㎛-1 이상, 바람직하게는 40 ㎛-1 이상, 더욱 바람직하게는 60 ㎛-1 이상, 가장 바람직하게는 80 ㎛-1 이상 내지 260 ㎛-1의 범위, 특히 WO 98/00428에 개시된 범위의 나선형 트위스팅 파워(│HTPtotal│) 절대값을 갖는다.
더욱 바람직하게는, 비중합성 키랄 화합물은 하기 화학식 C-I 내지 C-III의 화합물의 군으로부터 선택된다:
(후자는 각각의 (S,S) 거울상 이성질체를 포함한다)
상기 식에서, E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌이고, v는 0 또는 1이고, Z0는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고, R은 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알콕시 또는 알카노일이다.
특히 바람직한 콜레스테릭 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하며, 이는 반드시 액정 상을 나타낼 필요는 없다.
화학식 C-II의 화합물 및 이의 합성이 WO 98/00428에 기술되어 있다. 특히 바람직한 것은 하기 표 D에 도시된 화합물 CD-1이다. 화학식 C-III의 화합물 및 이의 합성은 GB 2 328 207에 기술되어 있다.
또한, 전형적으로 사용되는 키랄 화합물은 예를 들어 시판중인 R/S-5011, CD-1, R/S-811 및 CB-15(메르크 카게아아, 독일 다름슈타트 소재)이다.
전술한 키랄 화합물 R/S-5011 및 CD-1 및 화학식 C-I, C-II 및 C-III의 (다른) 화합물은 매우 높은 나선형 트위스팅 파워(HTP)을 나타내므로, 본 발명의 목적에 특히 유용하다.
콜레스테릭 액정 매질은 바람직하게는 상기 화학식 C-II, 특히 CD-1 및/또는 화학식 C-III 및/또는 R-5011 또는 S-5011로부터 선택되는 1 내지 5개, 특히 1 내지 3개, 매우 바람직하게는 1 또는 2개의 키랄 화합물, 매우 바람직하게는 키랄 화합물은 R-5011, S-5011 또는 CD-1이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 매질은 하나 이상의 비반응성 키랄 화합물 및/또는 하나 이상의 일반응성 키랄 화합물 및/또는 하나 이상의 다반응성, 바람직하게는 이반응성 키랄 화합물을 포함한다.
적합한 메소젠성 일반응성 키랄 화합물은 바람직하게는 직접 결합에 의해 또는 연결 기를 통해 함께 연결된 하나 이상의 고리 요소를 포함하고, 이들 고리 요소 중 2개는 임의적으로, 직접적으로 또는 연결 기를 통해 서로 연결될 수 있고, 이는 전술된 연결 기와 동일하거나 상이할 수 있다. 고리 요소는 바람직하게는 4-, 5-, 6- 또는 7-원, 바람직하게는 5- 또는 6-원 고리의 군으로부터 선택된다.
바람직한 중합성 키랄 화합물 및 이들의 합성은 US 7,223,450에 기재되어 있다.
중합성 키랄 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 CRM의 화합물로부터 선택된다:
상기 식에서,
R0*은 H 또는 P이고, 이때 P는 중합성 기이고,
A0 및 B0은, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, 1, 2, 3 또는 4 개의 전술된 L 기로 치환되거나 비치환된 1,4-페닐렌, 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 -O-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O- 또는 단일 결합이고,
Z0*은, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
t는, 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고,
a는 0, 1 또는 2이고,
b는 0 또는 1 내지 12의 정수이고,
z는 0 또는 1이고,
이때, 나프탈렌 고리는, 동일하거나 상이한 하나 이상의 L 기로 추가적으로 치환될 수 있고, L은, 서로 독립적으로 F, Cl, CN, 탄소수 1 내지 5의 할로겐화된 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이다.
화학식 CRM의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 CRM-a의 화합물의 군으로부터 선택된다:.
상기 식에서,
A0, B0, Z0*, R0*, a 및 b는 화학식 CMR에서 주어진 의미 또는 전술 및 후술되는 바람직한 의미 중 하나를 갖고,
(OCO)는 -O-CO- 또는 단일 결합을 나타낸다.
특히 바람직한 화학식 CRM의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
R은 화학식 CRM-a에서 정의된 -X2-(CH2)x-R0*이고,
벤젠 및 나프탈렌 고리는 1, 2, 3 또는 4 개의 전술 및 후술되는 L 기로 치환되거나 비치환된다. 바람직하게는 R0*은 상기 정의된 중합성 기이다.
콜레스테릭 액정 매질 중의 키랄 화합물의 총량은 전체 혼합물의 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 5 중량%이다.
또 다른 바림직한 실시양태에서, 중합성 화합물은 전술된 액정 매질에 첨가되고, 광 변조 소자로의 도입 후, 통상적으로 UV 광 중합에 의해 인-시튜(in-situ) 중합되거나 가교 결합된다. "반응성 메소젠"(RM)으로 알려진 중합성 메소젠 또는 액정 화합물을 LC 혼합물에 첨가하는 것은 CLC 텍스처를 더욱 안정화시키기 위해 특히 적합하다는 것이 입증되었다.
바람직하게는, 적합한 중합성 액정 화합물은 하기 화학식 D의 화합물 군으로부터 선택된다:
P-Sp-MG-R0 D
상기 식에서,
P는 중합성 기이고,
Sp는 스페이서 기 또는 단일 결합이고,
MG는 막대-형상의 메소젠성 기이고, 바람직하게는 화학식 M으로부터 선택되고,
M은 -(AD21-ZD21)k-AD22-(ZD22-AD23)l-이고,
AD21 내지 AD23은 각각의 경우에 서로 독립적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 임의적으로 치환되는 아릴-, 헤테로아릴-, 헤테로사이클릭- 또는 지환족 기, 바람직하게는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 임의적으로 치환되는 1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌, 1,4-피리딘, 1,4-피리미딘, 2,5-티오펜, 2,6-다이티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜, 2,7-플루오린, 2,6-나프탈렌 또는 2,7-페난트렌이고,
ZD21 및 ZD22는 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -O-COO-, -CO-NR01-, -NR01-CO-, -NR01-CO-NR02, -NR01-CO-O-, -O-CO-NR01-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR01-, -CY01=CY02-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -CO-O-, -O-CO-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F 또는 Cl이고,
R0는 임의적으로 플루오르화되는 H 또는 탄소수 1 내지 20, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 15의 알킬, 알콕시, 티오알킬, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 또는 YD0 또는 P-Sp-이고,
Y0는 F, Cl, CN, NO2, OCH3, OCN, SCN, 탄소수 1 내지 4의 임의적으로 플루오르화되는 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시, 또는 탄소수 1 내지 4의 모노-, 올리고 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, OCH3 또는 탄소수 1 내지 4의 모노-, 올리고- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시이고,
Y01 및 Y02는 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN이고,
R01 및 R02는 각각 독립적으로 상기 정의된 R0과 같은 의미를 갖고,
k 및 l은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 0, 1 또는 2, 가장 바람직하게는 1이다.
더욱 바람직한 중합성 모노-, 다이- 또는 다중반응성 액정 화합물은 예를 들어 WO 93/22397, EP 0 261 712, DE 195 04 224, WO 95/22586, WO 97/00600, US 5,518,652, US 5,750,051, US 5,770,107 및 US 6,514,578에 개시되어 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 화학식 I* 및 II*의 중합성 화합물 및 이의 하위 화학식은, 하나 이상의 라디칼 P-Sp- 대신에, 2개 이상의 중합성 기 P를 함유하는 하나 이상의 분지형 라디칼(다작용성 중합성 라디칼)이다. 이러한 유형의 적합한 라디칼 및 이들을 함유하는 중합성 화합물은 예를 들어 US 7,060,200 B1 또는 US 2006/0172090 A1에 기재되어 있다. 특히 바람직한 것은 하기의 화학식으로부터 선택되는 다작용성 중합성 라디칼이다:
상기 식에서,
알킬은 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지형 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -C(Rx)=C(Rx)-, -C≡C-, -N(Rx)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 이때, Rx는 상기 나타낸 의미를 갖고, 바람직하게는 상기 정의된 R0를 나타내고,
aa 및 bb는 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
X는 X'에 대해 나타낸 의미 중 하나를 갖고,
P1 내지 P5는 각각 서로 독립적으로 상기 P에 대해 나타낸 의미 중 하나를 갖는다.
더욱 바람직한 중합성 일-, 이- 또는 다반응성 액정 화합물을 하기 목록에 나타낸다:
상기 식에서,
P0는, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, 중합성 기, 바람직하게는 아크릴, 메타크릴, 옥세탄, 에폭시, 비닐, 비닐옥시, 프로페닐 에터 또는 스티렌 기이고,
A0는, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, 1, 2, 3 또는 4개의 L 기로 임의적으로 치환되는 1,4-페닐렌, 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,
Z0는, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 0, 1 또는 2이고,
t는, 여러 번 나오는 경우 서로 독립적으로, 0, 1, 2 또는 3이고,
u 및 v는 서로 독립적으로 0, 1, 또는 2이고,
w는 0 또는 1이고,
x 및 y는 서로 독립적으로 0 또는 동일하거나 상이한 1 내지 12의 정수이고,
z는 0 또는 1이고, 인접한 x 또는 y가 0인 경우 z는 0이고,
또한, 벤젠 및 나프탈렌 고리는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 추가로 치환될 수 있고, 파라미터 R0, Y0, R01, R02 및 L은 화학식 D에서 상기 주어진 바와 동일한 의미를 갖는다.
특히 바람직한 중합성 일-, 이- 또는 다반응성 액정 화합물은 표 F로부터 선택된다.
중합성 화합물은 LC 디스플레이의 기판들 사이의 LC 매질에서 인-시튜 중합에 의해 중합되거나 가교 결합된다(만일 화합물이 2개 이상의 중합성 기를 함유하는 경우). 적합하고 바람직한 중합 방법은 예를 들어 열 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 필요한 경우, 하나 이상의 개시제가 여기에 추가될 수도 있다. 중합에 적합한 조건 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있으며 문헌에 기재되어 있다. 예컨대 시판 중인 광 개시제 이르가큐어651®, 이르가큐어184®, 이르가큐어907®, 이르가큐어369® 또는 다로큐어1173®(시바 AG)가 자유-라디칼 중합에 적합하다. 개시제가 사용되는 경우, 전체 혼합물 중의 이의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다. 그러나, 중합은 또한 개시제의 첨가 없이 일어날 수도 있다. 더욱 바람직한 실시양태에서, LC 매질은 중합 개시제를 포함하지 않는다.
콜레스테릭 액정 매질의 중합성 성분은 또한 예를 들어 저장 또는 수송 중에 RM의 바람직하지 않은 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 적합한 유형 및 양의 안정화제는 당업자에게 공지되어 있으며 문헌에 기재되어 있다. 특히 적합한 것은 예를 들어 이르가녹스® 시리즈(시바 아게)의 시판 중인 안정화제이다. 안정화제가 사용되는 경우, RM 또는 중합성 화합물의 총량을 기준으로 이들의 비율은 바람직하게는 10 내지 5000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 1000 ppm이다.
또한 전술된 중합성 화합물은, 개시제 부재 하의 중합에 적합하고, 이는 상당한 장점, 예컨대 보다 낮은 재료 비용, 특히 가능한 잔류량의 개시제 또는 이의 분해 생성물에 의한 LC 매질의 덜한 오염과 관련된다.
중합성 화합물은 콜레스테릭 액정 매질에 개별적으로 첨가될 수 있지만, 둘 이상의 중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 사용할 수도 있다. 이러한 유형의 혼합물의 중합 시에, 공중합체가 형성된다. 또한 본 발명은 전술 및 후술되는 중합성 혼합물에 관한 것이다.
콜레스테릭 액정 매질은 예를 들어 추가의 안정화제, 억제제, 쇄-이동제, 공-반응 단량체, 표면-활성 화합물, 윤활제, 습윤제, 분산제, 소수성화제, 점착제, 흐름 개선제, 소포제, 탈기제, 희석제, 반응성 희석제, 보조제, 착색제, 염료, 안료 또는 나노 입자와 같은 추가의 첨가제를 통상의 농도로 함유할 수 있다.
이러한 추가의 성분의 총 농도는 전체 혼합물을 기준으로 0.1% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6%이다. 각각 사용된 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 내지 3%의 범위이다. 이들 및 유사한 첨가제의 농도는 본원에서 콜레스테릭 액정 매질의 액정 성분 및 화합물의 값과 범위에 고려되지 않는다. 이는 또한, 혼합물에 사용된 이색성 염료의 농도를 위해 유지되고, 이는 화합물의 농도와 호스트 매질의 성분 각각이 특정되지 않을 경우 계산되지 않는다. 각각의 첨가제의 농도는 최종으로 도핑된 혼합물과 비교하여 항상 제공된다.
본 발명에 따른 광 변조 소자용 액정 매질은 하나 이상의 중합체 입자를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 입자는, 평면형 상태에서 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 광 변조 소자의 투명성에 영향을 주지 않으며 초점 원뿔형 상태에서의 산란을 개선하도록 선택된다. 따라서, 적합한 입자 물질은 바람직하게는 사용되는 콜레스테릭 액정 매질의 굴절률에 의존하여 선택된다. 바람직하게는, 입자 물질의 굴절률은 사용되는 콜레스테릭 액정 매질의 굴절률과 -0.5 내지 + 0.5, 더욱 바람직하게는 -0.25 내지 +0.25, 더욱 더 바람직하게는 -0.1 내지 +0.1 범위 내에서 차이난다.
적절한 콜레스테릭 액정 매질의 굴절률(nav)을 입자 물질의 굴절률과 대략적으로 매칭시키는 것은 일상적인 기술이다.
적합한 입자 물질은, 예컨대 폴리스티렌(n 1.59), 화학식 D로 주어지는 반응성 메소젠 또는 하나 이상의 반응성 메소젠을 포함하는 혼합물; 폴리이미드 또는 플루오르화된 폴리이미드(n 1.52-1.54), 예컨대 히다치 컴퍼니의 OPI 계열 폴리이미드, 플루오로카본 예컨대 테플론®, 테플론 AF® 및 사이톱®(n 1.34 - 1.38), 규소 중합체, 예컨대 실가드® 184(n 
1.43); 아크릴 유리(n 
1.49); 폴리카보네이트(
1.58), 예컨대 마크롤론®; PMMA(n 1.48); PET(n 1.57); 이런 중합체들의 혼합물, 예컨대 US 6,989,190 A1에 개시된 것들; 플린트(flint) 유리(n 
1.5- 1.92) 또는 크라운 유리(n 
1.4- 1.75)로부터 선택된다.
이런 입자의 입자 크기는 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 0.8 ㎛ 내지 7㎛이다.
이들 입자의 총 농도는, 총 혼합물을 기준으로, 바람직하게는 0.1 % 내지 10 %, 더욱 바람직하게는 0.2 % 내지 5 %, 특히 0.3 % 내지 3 %, 특히 0.5 % 내지 1 %이다. 이들 입자의 농도는 본원에서 콜레스테릭 액정 매질의 액정 성분 및 화합물의 농도의 값 및 범위에 고려되지 않는다.
특히 바람직한 혼합물 개념에서, 본 발명에 따른 광 변조 소자용 콜레스테렉 액정 매질은 하기를 포함한다:
- 바람직하게는 10 내지 50 %, 더욱 바람직하게는 15 내지 35 % 양의, 하나 이상의 화학식 B-I의 화합물, 바람직하게는 화학식 B-I-1, 및/또는 B-I-8의 화합물로부터 선택되는 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 40 내지 90 %, 더욱 바람직하게는 50 내지 85 % 양의, 하나 이상의 화학식 B-III의 화합물, 바람직하게는 화학식 B-III-1, B-III-2, B-III-4, B-III-10, 및/또는 B-III-11의 화합물, 및
- 임의적으로 하나 이상의 화학식 B-II의 화합물, 및
- 바람직하게는 0.25 내지 20 %, 더욱 바람직하게는 0.75 내지 10 % 양의, 하나 이상의 화학식 C-I 내지 C-III의 화합물, 바람직하게는 화학식 C-I의 화합물로부터 선택되는 화합물로부터 선택되는, 5 ㎛-1 이상의 나선형 트위스팅 파워 절대값(│HTPtotal│)을 갖는 하나 이상의 키랄 화합물, 특히 바람직하게는 20㎛-1 이상, 매우 바람직하게는 40 ㎛-1 이상, 가장 바람직하게는 80 ㎛-1 이상의 HTP를 갖는 키랄 화합물, 및
- 임의적으로 하나 이상의 화학식 D의 화합물, 및
- 바람직하게는 0.1 % 내지 10 %, 더욱 바람직하게는 0.2 % 내지 5 %, 특히 0.3 % 내지 3 % 양의, 하나 이상의 입자, 바람직하게는 폴리스티렌 또는 반응성 메소젠으로 제조된 입자.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우에 적어도 0℃ 이하로부터 80℃ 이상까지, 더욱 바람직하게는 적어도 -20℃ 이하로부터 85℃ 이상까지, 가장 바람직하게는 적어도 -20℃ 이하로부터 90℃ 이상까지, 특히 적어도 -30℃ 이하로부터 95℃ 이상까지 연장되는 네마틱 상을 갖는다.,
여기서 표현 "네마틱 상을 갖는"은, 한편으로는, 상응하는 온도에서 낮은 온도에서 스메틱 상 및 결정화가 관찰되지 않는 것을 의미하고, 다른 한편으로는, 가열 시에 네마틱 상으로부터 등명화가 일어나지 않음을 의미한다. 저온에서의 조사를 상응하는 온도에서 유동 점도계에서 수행하고, 100 시간 이상 동안 전기-광학 적용례에 상응하는 셀 두께를 갖는 시험 셀에 저장하여 체크하였다. 상응하는 시험 셀에서 -20℃의 온도에서 저장 안정성이 1000 시간 이상인 경우, 매질은 이 온도에서 안정한 것으로 여겨진다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500 시간 및 250 시간이다. 고온에서, 통상의 방법으로 모세관에서 등명점을 측정한다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질은 80℃ 이상, 바람직하게는 85℃ 이상, 매우 바람직하게는 90℃ 이상의 등명점을 특징으로 한다.
589 nm(NaD) 및 20℃에서, 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 Δn 값은 바람직하게는 0.100 이상 내지 0.350 이하, 더욱 바람직하게는 0.120 이상 내지 0.250 이하, 가장 바람직하게는 0.125 이상 내지 0.220 이하의 범위이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 1 kHz 및 20℃에서의 Δε의 값은 바람직하게는 1.0 이상, 바람직하게는 2.0 이상, 더욱 바람직하게는 2.5 이상, 가장 바람직하게는 3.0 이상인 반면, 이는 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 7 이하이고, 더욱 바람직하게는 이는 2.0 이상 내지 7.0 이하, 가장 바람직하게는 4.0 내지 7.0이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 1 kHz 및 20℃에서의 ε⊥의 값은 바람직하게는 3.0 이상, 바람직하게는 4.0 이상, 더욱 바람직하게는 5.0 이상, 가장 바람직하게는 6.0 이상인 반면, 이는 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 9.0 이하이고, 더욱 바람직하게는 이는 5.0 이상 내지 8.0 이하, 가장 바람직하게는 6.0 내지 7.5이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 50 kHz 및 20℃에서의 Δε의 값은 바람직하게는 +2.0 내지 - 3.0 이상, 더욱 바람직하게는 +1.0 내지 - 3.0 이상, 더욱 더 바람직하게는 0.0 내지 - 3.0 이상이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 50 kHz 및 20℃에서의 ε⊥의 값은 바람직하게는 3.0 이상, 바람직하게는 4.0 이상, 더욱 바람직하게는 5.0 이상, 가장 바람직하게는 6.0 이상인 반면, 이는 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 9.0 이하, 더욱 바람직하게는 8.0 이하이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 교차 주파수 값(υ)은 바람직하게는 15 kHz 이상, 더욱 바람직하게는 20 kHz 이상, 가장 바람직하게는 25 kHz 이상이다.
바람직하게는, 키랄 도판트가 없는 콜레스테릭 액정 매질의 네마틱 상은 적어도 0℃ 이하로부터 80℃ 이상까지, 더욱 바람직하게는 적어도 -20℃ 이하로부터 85℃ 이상까지, 가장 바람직하게는 적어도 -20℃ 이하로부터 100℃ 이상까지, 특히 적어도 -30℃ 이하로부터 85℃ 이상까지 연장된다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질은 60 nm 내지 60 ㎛ 범위의 가변 콜레스테릭 피치를 특징으로 한다. 바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 콜레스테릭 피치는 이들의 반사 파장이 가시광 범위, 즉 750 nm 내지 1250 nm 범위 밖에 있도록 선택된다.
본 발명에 따른 광 변조 소자의 전형적 제조 방법은 적어도 하기 단계를 포함한다:
- 기판을 절단 및 세정하는 단계,
- 상기 기판 상에 전극 구조체를 제공하는 단계,
- 임의적으로, 하나 이상의 정렬 층을 코팅하는 단계,
- UV 경화성 접착제를 사용하여 셀을 조립하는 단계,
- 상기 셀을, 하나 이상의 입자를 포함하는 콜레스테릭 액정 매질로 충전시키는 단계,
- 임의적으로, 상기 콜레스테릭 액정 매질의 중합성 화합물을 경화시키는 단계.
본 발명에 따른 광 변조 소자의 기능적 원리는 이하에서 상세히 설명될 것이다. 청구범위에 없는 청구된 발명의 범위에 대한 제한은 가정된 방식의 기능화에 대한 설명으로부터 유도되지 않는다.
액정 매질의 투명 H 또는 P-상태로부터 산란 FC 상태로의 변화는 광 변조 소자의 투과성의 변화를 달성하도록 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 광 변조 소자는 각종 광학 및 전기-광학 장치에 사용할 수 있다.
상기 광학 및 전기 광학 장치는 제한 없이 전기-광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치, 광학 정보 저장 장치 및 윈도우, 바람직하게는 프라이버시 윈도우를 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한, 광 유입 및/또는 내부로의 에너지 투입의 조절을 위한 본 발명에 따른 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 광 변조 소자는 윈도우, 파사드(facade), 문 또는 지붕 상에 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 건물에만 국한되지 않고, 운송 컨테이너, 예를 들어 선적 컨테이너 또는 차량에도 사용될 수 있다. 상기 장치를 윈도우의 유리판 상에 설치하거나 다중 단열 유리의 구성 요소로 사용하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 광 변조 소자는 외부, 내부, 또는 다중판 유리의 경우에는 2 개의 유리판 사이의 공동 내에 설치될 수 있으며, 여기서 상기 내부는, 안쪽을 향하는 유리 표면의 면을 의미하는 것으로 간주된다. 다중판 단열 유리의 경우에는 두 개의 유리판 사이의 내부 또는 공동에 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광 변조 소자는, 그것이 설치되는 각각의 유리 표면을 완전히 커버할 수도 있거나, 부분적으로만 커버할 수도 있다. 완전 커버리지의 경우, 유리 표면을 통한 광 투과에 대한 영향은 최대이다. 반대로 부분 커버리지의 경우, 낮은 투과율을 갖는 장치의 상태에서도, 커버되지 않은 부분을 통해 유리 표면에 의해 특정량의 광이 투과된다. 부분 커버리지는, 예를 들어 스트립 또는 특정 패턴의 형태로 유리 표면 상에 장치를 설치함으로써 달성될 수 있다.
본원에서 달리 명시하지 않는 한, 본원에 사용된 복수 형태의 용어는 단수 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 하며 그 반대도 마찬가지이다.
본원에 표시된 파라미터 범위는 모두 당업자가 알고 있는 최대 허용 오차를 포함한 한계 값을 포함한다. 서로 조합된 다양한 특성 범위에 대해 표시된 상이한 상한치 및 하한치는 추가적인 바람직한 범위를 야기한다.
본원 전반에 걸쳐, 명시적으로 달리 명시하지 않는 한, 다음 조건 및 정의가 적용된다. 모든 농도는 중량 퍼센트로 표시되며 각각의 혼합물 전체와 관련이 있으며 모든 온도는 섭씨로 표시되며 모든 온도 차이는 차등 값으로 표시된다. 모든 물리적 특성은 독일 메르크 카게아아의 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997]에 따라 결정되며 달리 명시되지 않는 한 20℃의 온도에 대해 인용된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 결정된다. 유전 이방성(Δn)은 1 kHz의 주파수에서 또는 명시적인 경우 19 GHz 주파수에서 결정된다. 문턱 전압 및 다른 모든 전기-광학적 특성은 독일 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀을 사용하여 결정된다. Δε을 측정하기 위한 시험 셀의 셀 두께는 약 20 ㎛이다. 전극은 면적이 1.13 ㎠이고 가드 링(guard ring)을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은 호메오트로픽(homeotropic) 배향(ε∥)에 대해서는 일본 닛산 케미칼(Nissan Chemicals)로부터의 SE-1211이고 호모지니어스(homogeneous) 배향(ε⊥)에 대해서는 일본 합성 고무(Japan Synthetic Rubber)로부터의 폴리이미드 AL-1054이다. 커패시턴스는 0.3 Vrms의 전압을 갖는 사인파를 사용하는 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 응답 분석기를 사용하여 결정된다. 전기-광학 측정에 사용되는 빛은 백색광이다. 본원에서는 독일의 아우트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)에서 구입할 수 있는 DMS 기기를 사용하는 설정이 사용된다.
본원 명세서 및 청구범위에 걸쳐, "포함하다" 및 "함유하다" 및 이를 변형한 용어, 예를 들면 "포함하는" 및 "포함한다"라는 용어는 "~를 포함하나 이에 국한되지 않음"을 의미하고 다른 구성요소들을 배제하거나 배제하려는 것은 아니다. 다른 한편으로, "포함하다"라는 용어는 또한 "~로 이루어지다"라는 용어를 포함하나 이에 국한되지 않는다.
전술한 특징들, 특히 바람직한 실시양태의 특징들 중 많은 것들이 본 발명의 실시양태의 부분으로서가 아닌 본질적으로 독창적이라는 점을 이해할 것이다. 현재 청구된 발명에 부가하여 또는 대안으로서 이러한 특징에 대해 독립적인 보호가 요구될 수 있다.
LC 매질은 또한, 예컨대 H, N, O, Cl, F가 상응하는 동위원소로 대체된 화합물을 포함할 수도 있다.
본 발명에서,
본원 전체에 걸쳐, 예를 들어 C=C 또는 C=O 이중 결합, 또는 벤젠 고리에서와 같이 3개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 120°이고, 예를 들어 C≡C 또는 C≡N 삼중 결합, 또는 알릴자리 위치 C=C=C에서와 같이 2개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 180°이고, 예를 들어 작은 고리의 일부, 예컨대 3-, 5- 또는 5-원 고리에서와 같이 각을 달리 제한하지 않는 한 일부 구조식에서 일부 경우에 이들 각은 정확히 표현되지 않을 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 상기 실시양태에 대한 변형례가 있을 수 있고 이들 역시 본 발명의 범주에 포함됨을 알 수 있을 것이다. 본원에 개시된 각각의 특징은 달리 기재되지 않는 한 동일하거나 등가 또는 유사한 목적을 제공하는 다른 특징들에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 달리 기재되지 않는 한, 본원에 개시된 각각의 특징은 단지 일반적인 일련의 등가 또는 유사한 특징들의 예시일 뿐이다.
본원에 개시된 특징들 모두는 이들 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 서로 상충하는 조합인 경우를 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징들은 본 발명의 모든 양태에 적용될 수 있으며 임의의 조합으로도 사용될 수 있다. 유사하게, 비-필수적인 조합으로 기술된 특징들은 (조합되지 않고) 별개로 사용될 수도 있다.
추가적인 노력 없이, 당해 분야 숙련자는 상기한 설명을 이용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있다. 따라서 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로서 파악되어야 하며 어떠한 방식으로도 본 발명의 나머지 개시내용을 제한하지 않는다.
화합물의 액정 상 거동을 설명하는 데 다음과 같은 약어가 사용된다: K=결정성; N=네마틱; N2=트위스트-벤드 네마틱; S=스멕틱; Ch=콜레스테릭; I=등방성; Tg=유리 전이 온도. 이들 기호 사이의 숫자는 ℃ 단위의 상전이 온도를 가리킨다.
본원에서 특히 하기 실시예에서 액정 화합물의 구조는 약어(이는 "두문자"라고도 함)로 제시된다. 약어의 상응하는 구조로의 변환은 하기 3개의 표 A 내지 C에 따른다.
모든 기 CnH2n+1, CmH2m+1 및 ClH2l+1은 바람직하게는 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, 모든 기 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은 바람직하게는 각각 (CH2)n, (CH2)m 및 (CH2)l이고 -CH=CH-는 바람직하게는 트랜스- 및 E 비닐렌이다.
표 A는 고리 성분에 사용되는 기호들을 기재한 것이고, 표 B는 연결 기에 사용되는 기호를 나열한 것이고, 표 C는 분자의 좌측 및 우측 말단 기에 사용되는 기호들을 나열한 것이다.
표 D는 예시적인 중합성 키랄 메소젠성 분자 구조를 이들의 각각의 코드와 함께 열거한다.
표 E는 예시적인 비중합성 키랄 메소젠성 분자 구조를 이들의 각각의 코드와 함께 열거한다.
표 F는 예시적인 중합성 비-키랄 메소젠성 분자 구조를 이들의 각각의 코드와 함께 열거한다.
예컨대, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화는 표 G에서 언급된다.
표 A: 고리 요소
표 B: 연결 기
표 C: 말단 기
상기 식에서, n 및 m은 각각 정수이고, 세 점 "..."는 상기 표의 다른 상징을 위한 공간을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은, 화학식 I의 화합물(들) 이외에, 하기 표의 화학식의 화합물 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
표 D- 중합성 키랄 화합물
표 E- 키랄 비중합성 키랄 화합물
표 F는 중합성 LC 매질의 성분에서 사용될 수 있는 가능한 반응성 메소젠을 나타낸다.
표 F
LC 매질은 바람직하게는 표 F의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반응성 메소젠을 포함한다.
표 G
실시예
하기 실시예는 본 발명을 어떠한 식으로도 제한함이 없이 예시한다.
그러나, 당업자에게 물리적 특성 및 조성이 예시되며, 이들 특성은 달성될 수 있고 그 범위는 변경될 수 있다. 특히, 따라서, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성들의 조합은 당업자를 위해 잘 정의되어 있다.
하기 표에 기재된 조성 및 특성을 이용하여 액정 혼합물을 제조하였다. 이들의 광학 성능을 조사하였다. 특히 이들의 반사 스펙트럼을 기록하였다.
시험 셀
셀 정보:
제조예
제조예
하기 LC 혼합물 D-0을 제조하였다.
액정 혼합물 D-0의 조성 및 물리적 특성
제조예 1-1
RM 입자 (5±2 νm)
하기 RM 조성물을 제조하였다:
구형 적외선 반사성 "RM 입자"를 WO 2014/169984A1에 기재된 바와 같이 에멀젼 중합에 의해 제조하였다.
상기 RM 입자는 1003 nm에 위치된 최대치를 갖는 적외광을 반사하였다.
RM 입자 용액을 에탄올에 희석시켰다. 0.3% w/w RM 입자 용액을 30 μL RM 입자 용액 및 1000 μL 에탄올로부터 수득하였다. 입자를 균일하게 분산시키기 위해, 진탕기를 사용하였다.
0.3 % w/w의 상기 RM 입자를 혼합물 D-0에 첨가하고, 생성 혼합물을 모세관 작용을 통해 셀 2에 충전시킨 후, 용매를 증발시키기 위해 48 시간 동안 50℃에서 오븐에서 건조시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 안정한 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 50 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 40 V 및 50 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너(planer) 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(50 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
제조예 1-2
폴리스티렌 입자(라텍스 비드, (0.8 ㎛) 시그마-알드리치사의 용액):
라텍스 비드 현탁액은 주로 중합체 입자 및 물과 소량의 계면활성제, 나트륨 바이카보네이트 및 칼륨 설페이트로 구성된다.
전형적 라텍스 비드는 하기 성분들을 함유하였다:
입자 10%
물 > 69.0%
중합체 30.0%
계면활성제 0.1-0.5%
무기 염 0.2%.
0.25% 폴리스티렌 용액을 1950 μL 에탄올을 갖는 50 μL 폴리스티렌 용액으로부터 수득하였다. 폴리스티렌에 대한 589 nm에서의 굴절률은 1.5905이고; 486 nm에서는 1.602이었다.
0.25% w/w의 상기 폴리스티렌 입자를 혼합물 D-0에 첨가하고, 용매를 증발시키기 위해 48 시간 동안 50℃에서 오븐에서 건조시켰다. 생성 혼합물을 모세관 작용을 통해 셀 2에 충전시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 안정한 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 50 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 40 V 및 50 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(50 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
제조예 1-3
3.5% w/w의 하기 화합물
및 0.035% w/w 이르가큐어 651을 혼합물 D-0에 첨가하였다. LC 혼합물을 이의 등방성 상으로 가열하였다. 셀을 UV 광 하에 경화시켰다. 조사의 강도는 4 mW/cm2이고, 노출 시간은 600 초였다. UV 경화 후, 이어서 셀을 실온으로 냉각시키고, 모세관 작용을 통해 셀 2를 충전시킨 후, 용매를 증발시키기 위해 48 시간 동안 50℃에서 오븐에서 건조시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 안정한 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 50 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 40 V 및 50 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(50 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
비교예 1
혼합물 D-0을 모세관 작용을 통해 셀 2에 충전시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 안정한 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 50 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 40 V 및 50 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(50 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
요약:
제조예 1-2는 초점 원뿔형 상태에서 최고 헤이즈 수준을 보인 반면, 제조예 1-1은 초점 원뿔형 상태에서 약간 낮은 헤이즈 수준을 나타냈지만, 비교예 1보다는 훨씬 우수하였다. 또한, 제조예 1-3은 비교예 1과 비교 시에 초점 원뿔형 상태에서 헤이즈 수준의 개선을 보여 준다.
제조예 2
하기 혼합물 D-1을 제조하였다.
액정 혼합물 D-1의 조성 및 특성
0.25 % w/w의, 상기 제조예 1-2에 기재된 폴리스티렌 입자를 혼합물 D-1에 첨가하고, 용매를 증발시키기 위해 48 시간 동안 50℃에서 오븐에서 건조시켰다. 생성 혼합물을 모세관 작용을 통해 셀 2에 충전시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 105 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 105 V 및 200 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(200 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
비교예 2
하기 혼합물 C-1을 제조하였다.
액정 혼합물 C-1의 조성 및 특성
생성 혼합물을 모세관 작용을 통해 셀 1에 충전시켰다.
투명 평면형 상태로부터 출발하여, 셀을 평면형 상태로부터 안정한 불투명 초점 원뿔형 상태로 스위칭하기 위해 50 V 및 60 Hz의 전기장을 시험 셀에 적용하였다. 그 후, 40 V 및 50 kHz의 전기장을 시험 셀에 적용하여 셀을 불투명 초점 원뿔형 상태로부터 안정한 플레이너 상태로 스위칭시켰다. 직접 스위칭을, 저(60 Hz) 및 고(50 kHz) 주파수의 방형파를 적용하여 달성하였다.
비교예 2와는 반대로, 비교예 2가 보다 높은 Δn을 보이지만, 상당한 헤이즈 수준 개선을 보였다. 제조예 2에서, 심지어 보다 두꺼운 셀(15um)에서 및 정렬 층이 없어도 상응하는 장치가 신속하게 평면형 상태로 스위칭되고 투명 상태를 유지할 수 있음을 입증하기 위해 이중 주파수 ChLC 혼합물을 사용하였다. 또한, 평면형 상태는 매우 투명한데, 이는 중합체 입자의 굴절률이 ChLC 혼합물의 Nmean에 근접하고, ChLC 혼합물의 반사 파장이 가시광 파장 밖에 있기 때문이다.
Claims (13)
- 각각의 기판의 내부 표면 상의 전극 구조체 및 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 스위칭 층이 제공된, 한 쌍의 대면하는(opposing) 투명 기판을 포함하는 광 변조 소자를 포함하는 프라이버시 윈도우로서,
상기 콜레스테릭 액정 매질이 0.1 중량% 내지 5 중량%의 양의 하나 이상의 중합체 입자 및 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하고,
상기 하나 이상의 키랄 화합물이 각각 단독으로 또는 서로 조합하여 5 ㎛-1 이상의 나선형 트위스팅 파워(│HTPtotal│) 절대값을 갖고,
상기 중합체 입자의 굴절률이 상기 콜레스테릭 액정 매질의 굴절률과 -0.25 내지 +0.25 범위 내에서 차이나고,
상기 콜레스테릭 액정 매질이 이중 주파수 콜레스테릭 액정 매질이고,
상기 콜레스테릭 액정 매질이 하나 이상의 화학식 B-I의 화합물, 하나 이상의 화학식 B-III의 화합물, 및 임의적으로 하나 이상의 화학식 B-II의 화합물을 포함하는,
프라이버시 윈도우:
상기 식에서,
LB11 내지 LB31은 독립적으로 H 또는 F이고, 이때중 하나 이상이
을 나타내지 않는 경우 LB22 및 LB31은 F를 나타내고,
RB1, RB21, RB22, RB31 및 RB32는 각각 독립적으로 H, 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 또한 하나 이상의 비인접 CH2 기가, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수도 있고,
XB1은 F, Cl, CN, NCS, OCF2H, OCF3, 또는 CF3이고,
ZB1, ZB2, ZB31 및 ZB32는 각각의 경우에 독립적으로 -CH2-CH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
는 각각의 경우에서 독립적으로
이고,
다르게는, 중 하나 이상은
이고,
n은 1, 2 또는 3이고,
m은 0, 1 또는 2이다. - 제 1 항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정 매질이 화학식 B-I, B-II 및 B-III의 화합물 하나 이상을 50 내지 98 중량%의 양으로 포함하는, 프라이버시 윈도우. - 제 1 항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정 매질이 상기 하나 이상의 키랄 화합물을 1 내지 20 중량%의 양으로 포함하는, 프라이버시 윈도우. - 제 1 항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정 매질의 교차(cross-over) 주파수 값이 15 kHz 이상인,
프라이버시 윈도우. - 기판을 절단 및 세정하는 단계,
상기 기판 상에 전극 구조체를 제공하는 단계,
임의적으로, 하나 이상의 정렬 층을 코팅하는 단계,
UV 경화성 접착제를 사용하여 셀을 조립하는 단계,
상기 셀을, 하나 이상의 입자를 포함하는 콜레스테릭 액정 매질로 충전(filling)시키는 단계,
임의적으로, 상기 액정 매질의 중합성 화합물을 경화시키는 단계
를 적어도 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 프라이버시 윈도우의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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