KR19990006360A - 액정 겔, 겔화제, 액정 디바이스 및 액정 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유동성을 실질적으로 소실한 액정 겔, 그것을 용이하게 생성시킬 수 있는 겔화제, 유동성을 실질적으로 소실한 액정 겔을 사용한 액정 디바이스 및 그 액정 디바이스를 간편하고 신속하게 제조할 수 있는 액정 디바이스의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 겔화제인 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 및 액정 분자를 함유하는, 유동성을 실질적으로 소실한 액정 겔에 관한 것이다.

Description

액정 겔, 겔화제, 액정 디바이스 및 액정 디바이스의 제조 방법
본 발명은 액정 겔, 겔화제, 액정 디바이스 및 액정 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유동성을 실질적으로 소실한 액정 겔, 그것을 용이하게 생성시킬 수 있는 겔화제, 유동성을 실질적으로 소실한 액정 겔을 사용한 액정 디바이스 및 그 액정 디바이스를 간편하고 신속하게 제조할 수 있는 액정 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 편광판 및 배향 처리를 필요로 하지 않으면서도 밝고 콘트라스트가 좋다는 잇점을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 조광층을 포함하는 액정 디바이스(액정 디스플레이)가 많이 이용되고 있다. 이 액정 디바이스에서는 일반적으로 액정 분자를 조광층 재료로 이용하고 있다. 그러나, 고속 응답성이 요구되는데도 액정 분자 단독으로는 그 요구에 부응하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
따라서, 최근에는 고분자 분산형 액정의 사용이 제안되고 있다. 이 고분자 분산형 액정은 기본적으로 중합체 중에 액정 분자를 분산시킨 구성으로, 액정 분자 단독의 경우보다 응답성이 빠르다는 특징을 갖고 있으며, 이것은 광 투과 기구가 광 산란 모드로 되었기 때문이라고 생각된다.
그리고, 이 고분자 분산형 액정은 전형적으로는 이른바 중합법에 의해 제조된다. 즉, 우선 전극을 갖는 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판(예를 들어 전극으로서 인듐 주석 산화막이 형성되어 있는 유리 기판) 사이에 액상의 중합체 원료인 광중합성 단량체와 액정 분자를 미리 도입한다. 그 후, 한쪽의 투명한 기판을 통하여 자외선 등을 조사(노광)함으로써 광중합성 단량체를 중합하여 광중합된 고분자 중에 액정 분자가 삽입된 고분자 분산형 액정을 제조하고 있다(일본 특허 공개 (평)6-340587호, 일본 특허 공개 (평)7-17910호, 일본 특허 공개 (평)7-69983호 참조).
그러나, 이 종래의 제조 방법은 액정 디바이스를 제조하는 공정에서, 2장의 기판 사이의 좁은 공간에 상이한 재료인 광중합성 단량체와 액정 분자를 각각 도입해야 한다. 따라서, 간격이 좁은 2장의 기판 사이에 균일하게 기포 등의 혼입이 없도록 액정과 같은 액체를 도입하는 것은 곤란하였다. 또, 제조 시간이 길어지고 제조 공정이 복잡해진다는 문제점도 있었다.
또, 자외선 조사에 의해 광중합성 단량체를 균일하게 중합시키는 것이 용이하지 않고, 이 광중합성 단량체를 중합시켜 얻어진 중합체와 액정 분자가 균일하게 혼합되지 않는다는 문제도 있었다.
또, 2장의 기판 사이의 거리를 정확히 유지하기 위해 일반적으로 고분자 분산형 액정 중에 스페이서를 첨가하는데, 광중합성 단량체나 액정 분자는 액상이고 점도가 낮기 때문에 당해 스페이서를 균일하게 배치(분산)하는 것이 어렵다는 문제도 있었다.
또한, 광중합성 단량체를 사용했을 경우, 이 광중합성 단량체와 액정 분자를 2장의 기판 사이에 도입한 후에 노광 공정을 실시할 필요가 있었다. 따라서, 특수한 노광 장치가 필요하고 제조 시간이 더욱 길어지며, 제조 공정이 복잡해진다는 문제도 있었다.
덧붙여, 일반적으로 고분자 분산형 액정을 조광층으로 하는 상기 액정 디바이스를 광고판 등의 장식 표시판, 시계 및 전자계산기의 표시 장치, 밝은 화면을 필요로 하는 표시 장치, 특히 컴퓨터 단말기의 표시 장치, 프로젝션의 표시 장치 등에 사용하는 경우에는,
(1) 현재 범용되고 있는 구동 회로를 사용하여 충분히 낮은 전압으로 구동할 수 있을 것,
(2) 시간 분할 구동의 마진을 저하시켜 버려 그라데이션 표시를 행하는 데 문제가 되는 히스테리시스 현상(전압 상승시와 하강시의 광 투과율이 다른 값을 나타내는 현상)을 가능한 한 감소시킬 것
등이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하는 것이며, 본래 유동성을 갖는 액정 분자를 주성분으로 하며 겔화제를 함유시킴으로써 이 액정 분자의 유동성을 실질적으로 소실시킨 액정 겔 및 그것을 이용한 액정 디바이스를 제공하는 데 있다.
즉, 사용시의 편리함을 현저히 향상시키고, 종래의 고분자 분산형 액정으로 액정 디바이스를 제조할 때의 복잡함 등을 해소할 수 있는 액정 겔 및 그것을 이용한 액정 디바이스를 제공하는 데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 보다 소량으로 액정 분자를 겔화시킬 수 있는 겔화제를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 간편하고 신속하게 액정 디바이스를 제조할 수 있는 액정 디바이스의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 겔화제 합성 경로의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 겔화제의 비율(몰%)과 온도의 관계에 의해 결정되는 액정 겔의 상 상태를 나타내는 도면.
도 3은 액정 겔의 DSC 챠트(강온시)를 나타내는 도면.
도 4는 액정 겔의 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 5는 액정 디바이스의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 액정 디바이스
12, 14: 전극층
16, 18: 기판
20: 액정 겔
22: 외부 전원
24: 스페이서
본 발명에 따르면, 유동성을 실질적으로 갖지 않는 액정 겔은 액정 분자 및 겔화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이렇게 액정 분자 및 겔화제를 함유시킴으로써, 액정 분자의 유동성을 실질적으로 소실시킬 수 있고 취급이 용이해지며 제조 공정의 복잡함을 해소할 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제가 분자간 수소 결합을 형성할 수 있는 관능기 및 알킬렌기를 1 분자 중에 각각 2개 이상 가진 화합물인 것이 바람직하다.
이러한 겔화제를 사용함으로써 소량의 첨가로도 액정 분자의 유동성을 실질적으로 소실시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제가 키랄 구조를 가진 화합물인 것이 바람직하다. 겔화제에 키랄 구조를 도입함으로써 겔화 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제가 측쇄에 메소겐을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 겔화제의 측쇄에 메소겐을 도입함으로써 겔화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제가 탄소수 4 이상의 알킬기를 가진 화합물인 것이 바람직하다. 알킬기의 탄소수를 이러한 범위로 제한함으로써 겔화제의 겔화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제가 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산, 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산, 1,2,3,4-디벤질리덴-D-솔비톨, 12-히드록시스테아르산, N-라우로일-L-글루타민산-α, γ-비스-n-부틸아미드, 스핀-표지화 스테로이드, 콜레스테롤 유도체, 알루미늄 디알킬포스페이트, 페놀계 환상 올리고머, 2,3-비스-n-헥사데실옥시안트라센, 환상 뎁시펩티드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하다. 이들 겔화제는 겔화 성능이 특히 우수하고, 소량의 첨가로도 액정 겔을 생성시킬 수 있다.
1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산은 하기 화학식 1로 나타낸다.
또, 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산은 하기 화학식 2로 나타낸다.
또, 1,2,3,4-디벤질리덴-D-솔비톨은 하기 화학식 3으로 나타낸다.
또, 12-히드록시스테아르산은 하기 화학식 4로 나타낸다.
또, N-라우로일-L-글루타민산-α, γ-비스-n-부틸아미드는 하기 화학식 5로 나타낸다.
또, 스핀-표지화 스테로이드는 하기 화학식 6으로 나타낸다.
또, 콜레스테롤 유도체는 하기 화학식 7로 나타낸다.
또, 알루미늄 디알킬포스페이트는 하기 화학식 8로 나타낸다.
또, 페놀계 환상 올리고머는 하기 화학식 9로 나타낸다.
또, 2,3-비스-n-헥사데실옥시안트라센은 하기 화학식 10으로 나타낸다.
또, 환상 뎁시펩티드는 하기 화학식 11로 나타낸다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 액정 분자와 겔화제의 총량을 100 몰%로 했을 때, 겔화제의 함유량(사용량)을 약 0.01 내지 20 몰% 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 겔화제의 함유량을 이러한 범위내의 값으로 함으로써 균일한 특성을 갖는 액정 겔을 확실히 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 겔화제의 분자량을 약 2000 이하의 값으로 하는 것이 바람직하다. 겔화제의 분자량을 이러한 범위내의 값으로 함으로써 적당한 겔화 성능을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 액정 분자가 비페닐계, 페닐시클로헥산계, 페닐피리딘계, 시클로헥실시클로헥산계, 혹은 이들 액정 분자 중 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 사용하는 액정 분자가 4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐, p-메톡시벤질리덴-p'-부틸아닐린, 4-n-데칸옥시-4'-시아노비페닐 및 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하다. 이들 액정 분자는 광학적 이방성을 나타내기 쉽고, 전압 응답성이 우수하며 또, 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 등의 겔화제와의 상용성도 우수하기 때문이다.
4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐은 하기 화학식 12로 나타낸다.
또, p-메톡시벤질리덴-p'-부틸아닐린는 하기 화학식 13으로 나타낸다.
또, 4-n-데칸옥시-4'-시아노비페닐은 하기 화학식 14로 나타낸다.
또, 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐은 하기 화학식 15로 나타낸다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 이 액정 겔이 약 -20 내지 80 ℃의 온도 범위내에서 광학적 이방성을 나타내는 것이 바람직하다. 액정 겔이 이러한 범위에서 광학적 이방성을 나타냄으로써 실용적인 액정 디바이스를 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 태양은 액정 겔 작성에 적합한 겔화제로, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 그의 유도체, 또는 그 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
화학식 1
화학식 1로 표시되는 화합물 및 그의 유도체는 겔화 성능이 특히 우수하고, 소량의 첨가로도 액정 분자를 겔화시켜 액정 겔을 생성시킬 수 있다.
또, 본 발명의 다른 태양은 조광층을 포함하는 액정 디바이스로서, 이 조광층에 액정 분자 및 겔화제를 함유하는 액정 겔을 사용하는 것을 특징으로 한다. 액정 분자 및 겔화제를 함유하는 액정 겔은 열가역적인 광학 이방성을 나타낼 수 있으며, 동시에 매우 취급이 용이하기 때문에 조광층의 재료로서 적합하다.
또, 본 발명의 액정 겔을 구성함에 있어서, 조광층의 두께를 약 1 내지 50 ㎛ 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위로 조광층의 두께를 제한함으로써 콘트라스트가 보다 우수한 조광층을 포함하는 액정 디바이스를 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 액정 디바이스가 액정 디스플레이인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 다른 태양은,
1) 액정 분자와 겔화제를 함유하는 등방성 용액을 제조하는 공정,
2) 등방성 용액을 기판상에 적층시키는 공정,
3) 적층시킨 등방성 용액이 액정 겔이 되는 온도 영역까지 냉각하여 액정 겔을 형성하는 공정
을 포함하는 액정 디바이스의 제조 방법이다.
이러한 제조 방법에 따르면, 액정 디바이스를 간편하고 신속하게 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다. 이 설명에 의해 본 발명의 또다른 목적, 잇점 및 효과가 명백해질 것이다.
본 발명의 액정 겔은 예를 들어 액정 디스플레이에 사용되고 있는 액정 분자를 주성분으로 하는 것으로, 공존하는 겔화제의 작용에 의해 액정 분자의 유동성이 소실되고 전체적으로 겔화된 것이다. 따라서, 제조가 매우 용이하고 또 사용하기가 매우 편리하다.
그리고, 본 발명의 액정 겔은 열가역적인 광학적 이방성을 나타낼 수 있고, 이 액정 겔에 함유된 액정 분자를 배향시킴으로써 소정의 화상 표시를 할 수도 있다.
액정 분자
(1) 종류
본 발명에 사용되는 액정 분자는 특히 한정되지는 않으며, 액정 디스플레이에 종래부터 사용되고 있는 일반적인 액정 분자를 사용할 수 있다.
예를 들어, 바람직한 액정 분자로 문헌[액정 디바이스 핸드북, 일본 학술 진흥회 142 위원회편(1989) ; pp. 154∼192, pp. 715∼722]에 기재된 비페닐계, 페닐시클로헥산계, 페닐피리딘계, 시클로헥실시클로헥산계, 혹은 이들 액정 분자 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
단, 이미 상술한 바와 같이 화학식 12로 표시되는 4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐 및 화학식 13으로 표시되는 p-메톡시벤질리덴-p'-부틸아닐린 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 액정 분자는 겔화제와의 상용성이 우수하고, 보다 용이하게 겔화되어 액정 겔을 형성할 수 있다. 또, 이들 액정 분자는 전압에 대해서 보다 고속 응답이 가능하기 때문이기도 하다. 또한, 이들 액정 분자를 사용함으로써 얻어진 액정 겔은 넓은 온도 범위에서 광학적 이방성을 나타낼 수 있다.
겔화제
(1) 작용
본 발명에서의 겔화제는 다음의 작용을 나타내는 것이라고 추정된다.
(가) 겔화제가 가진 수소 결합 가능한 관능기에 기인하여, 이 관능기의 분자간 상호 작용에 의해 복수의 겔화제 분자를 결합시켜 거대 섬유상 회합체를 형성한다.
(나) 또한 이 거대 섬유상 회합체가 판 데르 발스력 등에 의해 상호 결합하고 3차원화하여 그물상 구조를 형성한다.
(다) 이 그물상 구조 중에 액정 분자를 끌어들여 액정 겔을 구성한다.
겔화제가 이러한 작용을 함으로써 소량의 첨가로도 액정 분자를 겔화시킬 수 있고, 또 얻어진 액정 겔도 열가역적인 광학적 이방성을 나타낼 수 있다.
(2) 종류
본 발명에 있어서 겔화제는 분자간 수소 결합이 가능한 관능기 및 알킬렌기를 1 분자 중에 각각 2개 이상 갖는 것이 바람직하다.
이렇게 분자간 수소 결합이 가능한 관능기를 복수개 가짐으로써 분자간 수소 결합을 이용하여 용이하게 액정 겔을 형성할 수 있다. 또, 알킬렌기를 복수개 포함함으로써 보다 겔화 성능을 향상시킬 수 있다.
여기에서, 분자간 수소 결합이 가능한 기로는 특히 한정되는 것은 아니지만 예를 들어 -NHCO-로 표시되는 아미드 결합을 들 수 있다.
알킬렌기로는, 바람직하게는 탄소수 4 이상, 더욱 바람직하게는 탄소수 6 내지 20 범위내의 것이 있다. 구체적으로는 에틸렌기, 부틸렌기, 트리메틸렌기, 프로필렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기, 헵틸렌기, 옥틸렌기 혹은 -CH2(CH2)nCH2-로 표시되는 기(식 중, n은 반복 회수이고 0 내지 20의 정수이다) 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.
또, 겔화제의 분자량 역시 특히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 바와 같이 바람직하게는 약 2000 이하의 값이다. 겔화제의 분자량이 2000 이하의 값이면 액정 분자의 배향을 저해할 우려가 없고, 한편으로는 액정 겔을 쉽게 형성할 수 있기 때문이다.
따라서, 보다 우수한 겔화 성능을 얻기 위해서는 겔화제의 분자량을 150 내지 1000 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 이 분자량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 사용하여 폴리스티렌 환산 분자량으로서 측정할 수 있다.
또, 겔화제는 키랄 구조를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이렇게 분자 내에 키랄 구조를 가짐으로써 상술한 바와 같이 겔화 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 반대로 말하면, 키랄 구조를 갖고 있지 않은 경우, 겔화제의 겔화 성능이 저하되어 액정 겔을 제조하는 데 겔화제를 다량 첨가할 필요성이 생길 우려가 있기 때문이다.
또, 겔화제는 메소겐(강직 구조)을 측쇄에 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
이렇게 메소겐을 측쇄에 가짐으로써 겔화 성능을 더욱 향상시킬 수 있고, 소량의 첨가로도 액정 겔을 생성시킬 수 있다.
상기 겔화제의 구체예로서는 이미 설명한 바와 같이 화학식 1로 표시되는 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 등을 들 수 있다.
그리고, 화학식 1로 표시되는 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 화합물은 신규 화합물로, 메소겐(강직 구조)을 측쇄에 2개 갖고 있어 본 발명의 겔화제로 가장 적합하다.
(3) 함유량
다음으로, 액정 분자를 겔화시키는데 필요한 겔화제의 함유량(사용량)에 대해서 설명한다. 액정 분자 및 겔화제의 종류에 따라서 다르지만, 액정 분자와 겔화제의 총량을 100 몰%로 했을 때, 겔화제의 함유량을 약 0.01 내지 20 몰% 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
겔화제의 함유량이 0.01 몰% 미만이 되면, 액정 분자를 효율적으로 겔화시키기 어려워질 우려가 있고, 한편으로 20 몰%를 넘으면 액정과 겔화제의 분리가 심해져 균일한 액정 겔을 얻지 못할 우려가 있기 때문이다.
따라서, 액정 분자의 효율적인 겔화와 액정 겔의 균일성과의 보다 나은 균형을 고려하여 겔화제의 함유량을 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 몰% 범위내의 값으로 하는 것이다.
액정 겔
(1) 특성
액정 분자 및 겔화제를 함유하는 등방성의 균일 혼합용액으로부터 30 ℃ 내지 80 ℃의 범위에서 광학적으로 이방성을 나타내는 액정 겔을 얻을 수 있다.
예를 들어, 후술하는 실시예에서 구체적으로 나타내는 바와 같이, 액정 분자로 화학식 12로 표시되는 4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐을 사용하고, 겔화제로 화학식 1로 표시되는 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 사용했을 경우, 이들을 함유하는 등방성의 균일 혼합용액을 냉각함으로써 32.5 ℃ 내지 71.5 ℃의 범위에서 광학적으로 이방성을 나타내는 액정 겔을 얻을 수 있다.
그리고, 이 액정 겔은 재가열함으로써 등방성 용액으로 되돌아갈 수 있다. 또한, 재냉각함으로써 다시 액정 겔을 얻을 수 있다. 이렇게 본 발명의 액정 겔은 열적 가역성을 나타낼 수 있다.
(2) 제조 방법
액정 분자와 겔화제로부터 액정 겔을 얻는 제조 방법은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 이하의 공정에 의해 제조할 수 있다.
1) 소정량의 액정 분자와 겔화제를 균일하게 혼합하여 혼합액을 제조한다. 이 때, 액정의 클리어링 온도 및 종류에 따라서도 다르지만, 예를 들어 프로펠라 믹서 및 고속 전단 교반기 등을 사용하여 회전수 100 내지 100,000 rpm, 온도 50 내지 150 ℃, 시간 1 내지 100분의 조건에서 충분히 교반하는 것이 바람직하다.
2) 이어서, 얻어진 혼합액을 가열하여 균일한 등방성 용액으로 만든다. 한 예로, 얻어진 혼합액을 온도 50 내지 150 ℃, 시간 1 내지 100분의 조건에서 가열하는 것이 바람직하다.
3) 이어서, 얻어진 등방성 용액을 냉각하여 광학적 이방성을 나타내는 액정 겔로 만든다. 한 예로, 얻어진 등방성 용액을 온도 10 내지 30 ℃, 시간 10 내지 100분의 조건으로 냉각하는 것이 바람직하다.
(3) 형태
본 발명의 액정 겔은 예를 들어 필름상, 시트상, 그 외 임의의 형상으로 만들 수 있다. 따라서, 본 발명의 액정 겔은 액정 디스플레이, 액튜에이터(actuator), 기록 재료 등의 액정 디바이스 형태에 합치시켜서 적절히 이용하는 것이 가능하다.
액정 디바이스
(1) 구조
본 발명의 액정 디바이스의 구조에 대해서 설명한다. 이 액정 디바이스는 상술한 액정 겔을 함유하는 조광층을 포함하는 한, 그 구조가 특히 한정되지는 않는다. 따라서, 조광층의 소재를 제외하면 종래의 고분자 분산형 액정을 조광층으로 하는 액정 디바이스의 구조와 똑같게 할 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 액정 디바이스 (10)의 단면도인 도 5를 참조하면서 구조예에 대해서 설명한다. 우선, 이 액정 디바이스 (10)은 소정의 전압을 인가하기 위한 전극층 (12), (14)가 표면에 있으며 적어도 한쪽이 투명한 2장의 기판 (16), (18)을 적절한 간격을 두고 대향시켜 사용한다. 또, 이들 2장의 기판 (16), (18) 사이에 조광층으로서 액정 겔 (20)을 삽입한 후, 기판 (16), (18) 사이의 주위를 밀봉함으로써 구성된다. 그리고 외부 전원 (22)로부터 전극층 (12)와 또 한쪽의 전극층 (14) 사이에 일정 전압을 인가함으로써 액정 겔을 배향시켜 본 발명의 액정 디바이스 (10)를 구동시킬 수 있게 하고 있다.
여기에서 2장의 기판 (16), (18) 사이에는 통상의 액정 디바이스와 마찬가지로, 간격 유지용의 스페이서 (24)(입자, 판 및 원주 등)를 삽입시켜도 좋다. 그리고, 본 발명의 액정 겔 (20)은 상당한 점도를 갖고 있어 필름 상태로 취급하는 것도 가능하기 때문에 스페이서 (24)를 소정의 위치에 정확히 배치할 수 있다.
또한 본 발명의 액정 겔 (20)은 형상 유지성이 우수하기 때문에 스페이서 (24)를 사용하지 않고 2장의 기판 (16), (18)사이의 간격(거리)를 일정하게 유지할 수도 있다.
또, 기판 (16), (18)은 유리, 금속 등의 강직한 재료로 이루어져도 좋고, 혹은 플라스틱 필름 등의 유연한 재료로 이루어져도 좋다.
또, 기판 (16), (18)의 두께도 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 0.01 내지 10 ㎜ 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎜ 범위내의 값이다.
그리고, 2장의 기판 (16), (18) 중 적어도 한쪽은 투명성을 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 기판에 관련된 투명성은 완전한 투명성을 의미하는 것이 아니며, 액정 디바이스의 사용 목적에 부응하는 투명성을 갖고 있으면 된다. 단, 본 발명의 액정 디바이스 (10)이 디바이스의 한쪽에서 다른쪽으로 통과하는 빛에 대해서 작용시키기 위한 것일 경우에는, 2장의 기판 (16), (18) 모두 상당한 투명성을 가질 필요가 있다.
또, 기판 (16), (18)에는 목적에 따라서 투명 또는 불투명한 전극층 (12), (14)가 그 전면 또는 부분에 마련되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 액정 디바이스가 컴퓨터 단말기의 표시 장치 및 프로젝션의 표시 장치 등에 사용되는 경우에는 TFT 구조에 통합되도록 지지체상의 전극층에 능동 소자를 설치하는 것도 바람직하다.
또, 조광층의 두께는 본 발명의 액정 디바이스의 사용 목적에 따라서 적절히 선택된다. 조광층이 광 산란에 의해 불투명성이 되었을 때와 광 산란이 실질적으로 없어져 투명성이 되었을 때의 충분한 콘트라스트를 얻기 위해서는 1 내지 50 ㎛ 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 5 내지 25 ㎛ 범위내의 값으로 하는 것이 특히 바람직하다.
(2) 제조 방법
다음에 본 발명의 액정 디바이스의 제조 방법에 대해서 설명한다. 이 제조 방법은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 아래에 나타내는 공정에 의해 액정 디바이스를 제조할 수 있다(제1 내지 3의 제조 방법).
(제1의 제조 방법)
1) 액정 분자와 겔화제로 이루어지는 등방성 용액을 제조한다.
2) 얻어진 등방성 용액을 한쪽 지지체(기판)상에 적층시킨다.
3) 적층시킨 등방성 용액이 액정 겔이 되는 온도 영역까지 냉각하여 조광층으로서의 액정 겔을 형성한다.
4) 형성된 액정 겔의 윗쪽에서 경우에 따라 스페이서를 삽입하고 또 한쪽의 기판을 적층시켜 액정 디바이스를 완성한다.
이렇게 제1의 제조 방법에 의해 액정 디바이스를 제조하면 액정 겔을 일종의 필름으로 취급하기 때문에 조작이 매우 간편해져서 바람직하다. 또, 등방성 용액을 도포하는 기판으로서 한쪽의 지지체를 사용할 수 있기 때문에 액정 겔을 이동시킬 필요가 없어진다. 따라서, 전체적으로 제조 공정수를 줄일 수 있다.
(제2의 제조 방법)
1) 액정 분자와 겔화제로 이루어지는 등방성 용액을 제조한다.
2) 얻어진 등방성 용액을 박리판상에 적층시킨다.
3) 적층시킨 등방성 용액이 액정 겔이 되는 온도 영역까지 냉각하여 액정 겔을 형성한다.
4) 형성된 액정 겔을 박리판에서 박리하고, 한쪽의 지지체(기판)상에 올려놓는다.
5) 액정 겔의 윗쪽에서 경우에 따라 스페이서를 삽입하고 또 한쪽의 기판을 적층시켜 액정 디바이스를 완성한다.
이렇게 제2의 제조 방법에 의해 액정 디바이스를 제조하면 액정겔만을 미리 대면적, 또는 대량으로 제조할 수 있다. 따라서, 균일한 특성의 액정 겔을 싼 값으로 제조할 수 있다는 점에서 바람직하다.
(제3의 제조 방법)
1) 액정 분자와 겔화제로 이루어지는 등방성 용액을 제조한다.
2) 얻어진 등방성 용액을 한쪽의 지지체(기판)상에 적층시킨다.
3) 적층된 등방성 용액에 접하도록 적층 직후에 또 한쪽의 기판을 적층시킨다.
4) 도포된 등방성 용액이 액정 겔이 되는 온도 영역까지 냉각하여 액정 겔을 조광층으로서 형성하여 액정 디바이스를 완성한다.
이렇게 제3의 제조 방법에 의해 액정 디바이스를 제조하면 액정 겔 중에 기포가 혼입될 우려가 적어지는 점에서 바람직하다.
제1 내지 3의 제조 방법에서, 등방성 용액을 적층할 때에는 스핀 코터, 바 코터, 롤 코터 등의 도포 장치를 사용하여 균일하게 적층(도포)하는 것이 바람직하다.
또, 2장째의 기판을 적층할 때에는 기포가 혼입되지 않도록 감압하, 예를 들면 10 내지 500 torr 범위의 압력 조건하에서 행하는 것이 바람직하다. 또, 제2의 제조 방법에서는 라미네이터 등을 사용하여 가압하면서 액정 겔을 적층시킴으로써 기포가 혼입되지 않도록 할 수 있다.
또한 기판끼리 적층한 후에는, 밀봉용 수지를 사용하여 기판 사이를 밀봉하는 것이 바람직하다. 이렇게 기판 사이를 밀봉함으로써 액정 디바이스의 내구성을 향상시킬 수 있고, 또 액정 겔이 스며나오는 것을 유효하게 방지할 수도 있다.
이상과 같이 해서 얻어진 본 발명의 액정 디바이스는 종래의 고분자 분산형 액정을 조광층으로 사용한 액정 디바이스와 같은 용도로 사용할 수 있다. 구체적으로는 건물의 창, 쇼 윈도우 등의 시야 차단용 스크린; 광고 등의 장식 표시판; 시계, 전자계산기의 표시 장치; 컴퓨터 단말기의 표시 장치; 프로젝션의 표시 장치 등에 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 물론 이하의 설명은 예시이며 본 발명의 범위는 실시예의 기재로 인하여 특별한 이유 없이 제한되지 않는다.
실시예 1
(겔화제의 합성)
도 1에 나타낸 단계 1 내지 4의 반응식에 따라서 화학식 1로 나타낸 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 겔화제로서 합성하였다. 또한, 각 단계의 반응 조건 등은 하기와 같다.
(1) 단계 1
다음의 원료를 사용하고 황산을 촉매로 하여 24시간, 환류 조건하에서 에스테르화 반응시켜 브로모운데실산 에틸을 얻었다.
브로모운데실산: 21.0 g
황산 : 6 ㎖
에탄올 : 200 ㎖
(2) 단계 2
단계 1에서 얻어진 브로모운데실산 등의 원료를 사용하고 24시간 환류 조건하에서 반응시켜 목적물인 11-(4-시아노비페닐-4'-옥시)운데실산 에틸을 얻었다. 또한, 수율은 약 50 %였다.
브로모운데실산 : 11.6 g
4-시아노-4'-히드록시비페닐 : 7.6 g
탄산칼륨 : 8.6 g
디메틸포름아미드 : 50 ㎖
(3) 단계 3
단계 2에서 얻어진 11-(4-시아노비페닐-4'-옥시)운데실산 에틸 7.7 g에, 수산화칼륨 1.4 g를 녹인 에탄올 용액을 첨가하였다. 이어서 24시간 환류 조건하에서 반응시켜 목적물인 11-(4-시아노비페닐-4'-옥시)운데칸산을 얻었다. 또한 수율은 약 74 %였다.
(4) 단계 4
단계 3에서 얻어진 11-(4-시아노비페닐-4'-옥시)운데칸산 1.71 g에 디메틸포름아미드 2 방울을 첨가하고, 다시 티오닐 클로라이드 10 ㎖를 첨가하였다.
이어서, 실온에서 30분간 교반한 후, 티오닐 클로라이드를 휘발시켜 제거하였다. 여기에 건조한 THF 20 ㎖를 넣어 용해시키고, 냉각하면서 1,2-시클로헥산디아민 0.28 g, 트리에틸아민 0.63 ㎖를 각각 첨가하였다.
이어서, 3시간 동안 교반하면서 반응시켜 생성물을 얻었다. 얻어진 생성물은 칼럼 크로마토그래피로 분취하고 재결정에 의해 정제하였다. 수율은 약 35 %였다.
(겔화제의 분석)
이상과 같이 해서 얻어진 (정제) 생성물에 대해서 NMR 측정 및 IR 분석을 행하였다.
그 결과, 화학식 1로 표시되는 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산인 것을 확인하였다. 그리고, 이 겔화제를 사용하면 소량으로도 액정 분자를 효율적으로 겔화시킬 수 있음을 별도로 확인하였다.
실시예 2
액정 분자로서 화학식 12로 표시되는 4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐을 사용하고 겔화제로서 화학식 1로 표시되는 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 사용하였다. 그리고, 이 겔화제의 함유량을 0.1 내지 12 몰% 범위 내에서 변화시켜 14종류의 액정 겔을 제조하였다.
즉, 각각 소정량의 액정 분자와 겔화제를 용기에 넣고, 프로펠라 믹서를 사용하여 회전수 1000 rpm, 시간 10분의 조건에서, 또한 등방성 용액의 온도 이상의 온도에서 교반하여 균일한 혼합액을 제조하였다.
이어서, 얻어진 혼합액을 온도 100 ℃, 시간 5분의 조건으로 오븐을 써서 가열하여 균일한 등방성 용액으로 만들었다.
이어서, 얻어진 등방성 용액을 온도 23 ℃, 시간 10분의 조건으로 냉각기를 써서 냉각하여 광학적 이방성을 나타내는 액정 겔로 만들었다.
그리고, 얻어진 액정 겔의 상 변화 거동을 아래의 방법으로 관찰하였다.
(1) 시차 주사형 열량계(DSC)를 사용하여 액정 겔을 실온에서 150 ℃까지 15 ℃/분의 승온 속도로 승온시켰다. 그리고, 액정 겔을 균일한 등방성 용액으로 만든 후, 서냉하면서 발열 피크를 관찰하였다.
(2) DSC를 사용하여 150 ℃에서 5 ℃/분의 강온 속도로 강온시키고, 그 도중의 액정 겔의 상 상태를 편광 현미경을 사용하여 관찰하였다.
그 결과를 도 2 및 도 3에 나타냈다. 우선, 도 2는 겔화제의 비율(몰%)과 온도(℃)의 관계에 의해 결정되는, 액정 겔의 상 상태(등방성 용액 영역, 등방성 겔 영역, 액정 겔 영역, 결정 영역 및 콜레스테릭상 영역)를 나타내고 있다.
또한, 도 2에서는, 등방성 용액 영역을 기호 A, 등방성 겔 영역을 기호 B, 액정 겔 영역을 기호 C, 결정 영역을 기호 D, 그리고 콜레스테릭상 영역을 기호 E로 나타내고 있다. 또, 등방성 용액 영역 A와 등방성 겔 영역 B의 경계를 라인 L1으로 나타내고, 등방성 겔 영역 B와 액정 겔 영역 C의 경계를 라인 L2로 나타내며, 또한 액정 겔 영역 C와 결정 영역 D의 경계를 라인 L3로 나타냈다.
이들 영역은 재가열, 냉각을 반복함으로써 출현하는 것으로 열 가역성이다. 또, 등방성 용액 영역 A에서의 혼합물은 액상이고 유동성을 갖고 있으며, 온도가 저하되어 등방성 겔 영역 B가 되면 유동성이 저하된 상태가 된다. 다시 온도가 저하되어 액정 겔 영역 C가 되면 혼합물은 겔상이 되고 유동성은 실질적으로 인식되지 않는 상태가 된다.
또, 도 3은 겔화제의 비율이 3.0 몰%인 경우에 있어서의 액정 겔의 DSC 챠트(강온시)이다. 횡축에 온도(℃)를 나타내고, 챠트의 윗쪽이 발열을 나타내는 피크 방향을 나타낸다. 또한, 도 3 중의 기호 A 내지 D는 각각 도 2에 기재된 기호에 대응하는 것이다.
그리고, 도 3으로부터 쉽게 이해되는 바와 같이 160 ℃부근에서 일정 속도(5 ℃/분)로 강온시켜 가면, 우선 84 ℃ 부근에서, 유동성을 갖는 등방성 용액 영역에서부터 유동성이 저하된 등방성 겔 영역이 될 때의 온도를 나타내는, 작기는 하지만 발열 피크가 관찰되었다.
또, 온도를 강온시키면 74 ℃ 부근에서, 등방성 겔 영역에서 유동성을 실질적으로 잃은 액정 겔 영역이 되는 온도를 나타내는, 작기는 하지만 발열 피크가 관찰되었다.
그리고, 더욱 강온시키면 31 ℃ 부근에서, 액정 겔 영역에서 결정 영역이 되는 온도를 나타내는 현저한 발열 피크가 관찰되었다.
또, 도 4는 겔화제의 비율이 4.0 몰%인 경우의 액정 겔의 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내고 있다. 구체적으로는, 온도가 50 ℃일 때 액정 겔의 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내고 있다. 이 스펙트럼에서 횡축은 파수(㎝-1)를 나타내고, 종축 방향은 적외선 흡수 비율(%)를 나타낸다.
이 적외선 흡수 스펙트럼으로부터 쉽게 이해되는 바와 같이, 파수 3285 ㎝-1및 1637 ㎝-1에서 각각 특징적인 흡수 피크가 확인된다. 전자는 N-H의 신축(伸縮), 후자는 C=O의 신축에 해당하는 흡수이다. 이것은 상기 겔화제가 분자 사이에서 회합되어 있지 않으면 발현되지 않는 흡수이다. 따라서, 이 두 개의 흡수 피크의 존재에 근거하여 이 겔화제가 수소 결합을 통하여 회합하고 있다고 추정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 액정 분자와 소량의 저분자량 겔화제로 이루어지는 액정 겔이라는 신규 소재를 제공할 수 있게 되었다. 그리고, 실시예 2 내지 3에서는 액정 겔의 일례로서 메소겐을 측쇄에 갖는 겔화제, 구체적으로는 메소겐을 측쇄에 갖는 디아미드시클로헥산 유도체와 시아노비페닐 화합물을 조합함으로써 사용하기 편리한 액정 겔을 제공할 수 있게 되었다.
실시예 3 내지 5
액정 분자로서 4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐을 사용하고, 겔화제로서 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 사용하여 액정 겔을 제조하였다(실시예 3).
또, 마찬가지로 액정 분자로서 p-메톡시벤질리덴-p'-부틸아닐린을 사용하고, 겔화제로서 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 사용하여 액정 겔을 제조하였다(실시예 4).
또한, 마찬가지로 액정 분자로서 4-n-데칸옥시-4'-시아노비페닐4-n-헵틸옥시-4'-시아노비페닐을 사용하고, 겔화제로서 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산을 사용하여 액정 겔을 제조하였다(실시예 5).
얻어진 3종의 액정 겔을 실시예 2와 마찬가지로 각각 평가하였다. 그 결과 실시예 4의 경우, 겔화제의 비율이 0.8 내지 9 몰%, 온도 25 내지 70 ℃의 조건에서 광학적 이방성을 갖는 액정 겔이 얻어짐이 확인되었다. 또, 이 액정 겔이 열가역적인 것도 확인되었다.
또, 실시예 5의 경우, 겔화제의 비율이 0.4 내지 9 몰%, 온도 -15 내지 40 ℃의 조건에서 광학적인 이방성을 갖는 액정 겔이 얻어짐이 확인되었다. 또, 이 액정 겔이 열가역적인 것도 확인되었다.
또한, 실시예 6의 경우, 겔화제의 비율이 0.8 내지 9 몰%, 온도 32 내지 80 ℃의 조건에서 광학적 이방성을 갖는 액정 겔이 얻어짐이 확인되었다. 또, 이 액정 겔이 열가역적인 것도 확인되었다.
실시예 6
(액정 겔의 제조)
액정 분자로서 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐 12.25 g 및 겔화제로서 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산 0.25 g를 각각 실온에서 메틸렌 클로라이드 100 g에 용해시켜 균일한 용액으로 만들었다.
다음에, 이 용액을 드래프트내에서 풍건(風乾)함으로써 메틸렌 클로라이드를 휘발시키고, 겔화제와 액정 분자로 이루어지는 균일한 액정 겔을 제조하였다.
이 액정 겔은 승온시(1 ℃/분), 34.4 ℃에서 액정 겔에서 등방성 액체로 상 전이하였다. 또, 이 액정 겔은 강온시(1 ℃/분), 34.3 ℃에서 등방성 액체에서 액정 겔로 상 전이하고, 실온에서는 안정적으로 액정 겔 상태를 나타내며, 유동성을 나타내지 않았다.
(액정 디바이스의 제작)
다음에 하기 (가) 및 (나)의 방법으로 각각 상기 액정 겔을 조광층으로 한 액정 디바이스를 제작하였다.
(가) 전극층을 갖는 2장의 유리 기판(20 × 50 mm)에 평균 입경 16 ㎛의 스페이서를 산포하였다. 다음에, 액정 겔을 가온하여 등방성 액체로서 삽입하고, 실온까지 서냉함으로써 유동성을 갖지 않는 액정 겔을 조광층으로 한 액정 디바이스를 제작하였다.
이 방법에 따르면, 액체 상태에서 액정 겔을 끼워 넣을 수 있기 때문에, 기포의 혼입을 보다 적게 할 수 있다.
(나) 액정 겔을 가온하여 등방성 액체로 만들고, 전극층을 갖는 유리 기판(20 × 50 mm)상에 바 코터를 사용하여 도포하고 실온까지 서냉함으로써 일정한 막두께의 액정 겔층을 형성하였다. 그 위에 또 한쪽의 전극층을 갖는 유리 기판을 겹침으로써 유동성을 갖지 않는 액정 겔을 조광층으로 한 액정 디바이스를 제작하였다.
이 방법에 의하면, 유동성을 갖고 있지 않은 상태에서 액정 겔을 유리 기판 사이에 끼워 넣을 수 있기 때문에 취급이 용이하고, 스페이서의 배치 등도 매우 용이하다. 또, 기포의 혼입에 대해서도, 유리 기판을 가압하면서 행함으로써 충분히 방지할 수 있음이 판명되었다.
(액정 디바이스의 평가)
액정 디바이스의 평가를 JISC7072에 의거하여 이하에 기재하는 방법에 따라서 행하였다.
(1) 구동 전압
전압을 인가하지 않았을 때의 디바이스의 광 투과율(T)을 0 %로 하고, 인가 전압의 증가에 따라서 광 투과율이 변화하지 않게 되었을 때의 투과율(T10)를 100 %로 하여, 이 광 투과율이 90 %가 될 때의 인가 전압 V90(볼트), 및 광 투과율이 10 %가 될 때의 인가 전압 V10(볼트)를 측정하였다. V90및 V10이 20 V이하이면 실용적이고 구동 전압이 낮다고 평가된다.
(2) 콘트라스트
디바이스가 측광상에서 벗어난 상태에서, 광원 점등시의 광 투과율을 100 %로 하고, 소등시의 광 투과율을 0 %로 했을 때, 전압을 인가하지 않았을 때의 디바이스의 광 투과율 T0, 상기 (1)에서 측정한 인가 전압 V90(볼트)일 때의 광 투과율 T90를 측정하여, 하기 식으로부터 콘트라스트를 산출하였다. 하기 식의 값이 클 수록, 즉 콘트라스트의 값이 클 수록 우수하다고 말할 수 있다.
콘트라스트 = T90/T0
얻어진 두 개의 액정 디바이스에 대해서 상기의 방법으로 평가한 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 실시예 7은 흰색 배경 흑색 표시의 예이다.
구동 전압 V90(볼트) 구동 전압 V10(볼트) 콘트라스트(T90/T0)
(가)법 18 8 11/1
(나)법 18 7 12/1
실시예 7
(액정 겔의 제조)
액정 분자로서 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐 14.9 g 및 겔화제로서 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 0.167 g를 각각 실온에서 메틸렌 클로라이드 100 g에 용해시키고 균일한 용액으로 만들었다.
다음에, 이 용액을 드래프트 내에서 풍건함으로써 메틸렌 클로라이드를 휘발시키고 겔화제와 액정 분자로 이루어지는 균일한 액정 겔을 제조하였다.
이 액정 겔은 승온시(1 ℃/분), 34.5 ℃에서 액정 겔에서 등방성 액체로 상 전이하였다. 또, 이 액정 겔은 강온시(1 ℃/분), 34.3 ℃에서 등방성 액체에서 액정 겔로 상 전이하고, 실온에서는 안정적으로 액정 겔 상태를 나타내며, 유동성은 보이지 않았다.
(액정 디바이스의 제작 및 평가)
이어서, 실시예 6 중 (나)의 방법에 따라 액정 겔로 이루어진 조광층을 갖는 액정 디바이스를 제작하고 이 액정 디바이스의 평가를 실시예 6과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 나타냈다.
구동 전압V90(볼트) 구동 전압V10(볼트) 콘트라스트(T90/T0)
실시예 7 14 6 12/1
실시예 8 16 8 9/1
실시예 9 19 7 11/1
실시예 8
(액정 겔의 제조)
액정 분자로서 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐 14.9 g 및 겔화제로서 1,2-비스-(11-(4-시아노비페닐-4'-옥소)운데실카르보닐아미노)시클로헥산 0.334 g을 각각 실온에서 메틸렌 클로라이드 100 g에 용해시키고 균일한 용액으로 만들었다.
다음에, 이 용액을 드래프트 내에서 풍건함으로써 메틸렌 클로라이드를 휘발시키고 겔화제와 액정 분자로 이루어지는 균일한 액정 겔을 제조하였다.
이 액정 겔은 승온시(1 ℃/분), 34.7 ℃에서 액정 겔에서 등방성 액체로 상 전이하였다. 또, 이 액정 겔은 강온시(1 ℃/분), 34.3 ℃에서 등방성 액체에서 액정 겔로 상 전이하고, 실온에서는 안정적으로 액정 겔 상태를 나타내며 유동성은 보이지 않았다.
(액정 디바이스의 제작 및 평가)
다음에, 실시예 6 중 (가)의 방법에 따라 액정 겔로 이루어진 조광층을 갖는 액정 디바이스를 제작하고, 이 액정 디바이스의 평가를 실시예 6과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 나타냈다.
실시예 9
(액정 겔의 제조)
액정 분자로서 p-메톡시벤질리덴-p'-부틸아닐린 5.0 g 및 겔화제로서 1,2-비스-(운데실카르보닐아미노)시클로헥산 0.089 g를 각각 실온에서 메틸렌 클로라이드 100 g에 용해시키고 균일한 용액으로 만들었다.
다음에, 이 용액을 드래프트 내에서 풍건함으로써 메틸렌 클로라이드를 휘발시키고, 겔화제와 액정 분자로 이루어지는 균일한 액정 겔을 조제하였다.
이 액정 겔은 승온시(1 ℃/분), 40.0 ℃에서 액정 겔에서 등방성 액체로 상 전이하였다. 또, 이 액정 겔은 강온시(1 ℃/분), 39.0 ℃에서 등방성 액체에서 액정 겔로 상 전이하고, 실온에서는 안정적으로 액정 겔 상태를 나타내며 유동성을 보이지 않았다.
(액정 디바이스의 제작 및 평가)
다음에, 실시예 6 중 (가)의 방법에 따라 액정 겔로 이루어진 조광층을 갖는 액정 디바이스를 제작하고, 이 액정 디바이스의 평가를 실시예 6과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 나타냈다.
이상의 실시예 6 내지 9의 결과로부터 쉽게 이해되는 바와 같이, 본 발명의 액정 디바이스는 종래의 고분자 분산형 액정과 동등한 구동 전압치를 나타내고, 또한 콘트라스트가 우수한 것이 확인되었다.
본 발명에 의하면, 실질적으로 유동성이 소실되어 사용상의 편리함이 대단히 우수하고, 또한 일정 온도 범위 내에서 광학적으로 이방성을 나타낼 수 있는 액정 겔을 제공할 수 있게 되었다.
또, 본 발명의 액정 겔은 액정 분자와 겔화제를 혼합하는 것만으로도 제조할 수 있어 제조 공정을 매우 간편화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명의 액정 겔은 열가역성을 나타내기 때문에, 온도를 제어(변경)하는 것만으로도 액정 겔의 상 상태를 조절할 수 있게 되었다. 따라서, 종래의 고분자 분산형 액정에서 필요했었던 자외선 조사 등이 필요없게 되었다.
또, 본 발명의 겔화제에 의하면, 소량으로 신속하게 액정 분자를 겔화시키고, 또한 우수한 광학적 이방성을 갖는 액정 겔을 제공할 수 있게 되었다.
또, 본 발명의 액정 겔에 의해 콘트라스트가 좋은 액정 디바이스를 제공할 수 있게 되었다.
또한 본 발명의 액정 겔을 액정 디바이스에 사용했을 경우, 이 액정 겔은 일정 형상을 갖고 있기 때문에 기판 사이의 거리를 보다 정확하게 유지할 수 있게 되었다.
또, 본 발명의 액정 겔을 액정 디바이스에 사용했을 경우, 종래의 고분자 분산형 액정을 사용한 액정 디바이스보다도 간편한 공정으로, 또한 신속하게 액정 디바이스를 제조할 수 있게 되었다. 구체적으로, 종래의 고분자 분산형 액정을 제조할 때에는 자외선 조사 장치를 사용한 자외선 조사 공정 등이 필요했지만, 이러한 장치 및 공정이 불필요해졌다.
그 외, 본 발명의 액정 디바이스는 범용되고 있는 구동 회로를 사용하여 충분히 낮은 전압으로 구동할 수 있고, 또한, 현저한 히스테리시스 현상도 보이지 않기 때문에 광고판 등의 장식 표시판, 시계 및 전자계산기의 표시 장치, 밝은 화면을 필요로 하는 표시 장치 등에 폭 넓게 사용되는 것이 밝혀졌다.

Claims (5)

  1. 액정 분자 및 겔화제를 함유하는 액정 겔.
  2. 제1항에 있어서, 상기 겔화제가 분자간 수소 결합을 형성할 수 있는 관능기 및 알킬렌기를 1 분자 중에 각각 2개 이상 가진 화합물인 액정 겔.
  3. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 그의 유도체, 또는 그 중 하나를 함유하는 겔화제.
    화학식 1
  4. 조광층을 포함하는 액정 디바이스에 있어서, 상기 조광층에 액정 분자 및 겔화제를 함유하는 액정 겔을 사용한 액정 디바이스.
  5. 1) 액정 분자와 겔화제를 함유하는 등방성 용액을 제조하는 공정,
    2) 등방성 용액을 기판상에 적층시키는 공정,
    3) 적층시킨 등방성 용액이 액정 겔이 되는 온도 영역까지 냉각하여 액정 겔을 형성하는 공정
    을 포함하는 액정 디바이스의 제조 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3912965B2 (ja) 2000-07-12 2007-05-09 キヤノン株式会社 液晶組成物、それを用いた液晶素子および液晶表示装置
JP4828706B2 (ja) * 2001-02-22 2011-11-30 隆史 加藤 液晶組成物、液晶表示素子および液晶表示方法
JP4183950B2 (ja) * 2002-02-21 2008-11-19 隆史 加藤 光応答性液晶組成物、情報記録媒体および情報記録方法
JP4285935B2 (ja) * 2002-03-06 2009-06-24 株式会社リコー 液晶ゲル組成物とそれを用いた表示媒体及び表示装置並びに表示体
US6960248B2 (en) * 2003-05-22 2005-11-01 Arizona Chemical Company Cyclic bisamides useful in formulating inks for phase-change printing
JP2005281504A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Takashi Kato 光応答性液晶組成物
JP2005316390A (ja) * 2004-03-31 2005-11-10 Konica Minolta Holdings Inc 液晶表示素子およびその製造方法
JP2006206710A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Konica Minolta Holdings Inc カイラルネマチック液晶組成物、液晶表示素子およびその製造方法
US7517566B2 (en) * 2005-06-06 2009-04-14 Konica Minolta Holdings, Inc. Liquid crystal composition containing at least two kinds of gelling agents and liquid crystal display device using the same
KR20130137404A (ko) * 2012-06-07 2013-12-17 삼성디스플레이 주식회사 액정 조성물, 액정의 광등방상 형성 방법 및 액정 표시 장치
US9732277B2 (en) * 2015-02-27 2017-08-15 Kent State University Field induced and controlled heliconical structure of cholesteric liquid crystal
CN108300490B (zh) * 2017-12-28 2020-07-14 华中科技大学 一种高模量低驱动电压的液晶凝胶材料、其制备和应用
CN115746872A (zh) * 2022-11-10 2023-03-07 金陵科技学院 一种用于喷墨打印的聚合物液晶物理凝胶材料

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4806636A (en) * 1985-03-20 1989-02-21 The Dow Chemical Company Heteropolysaccharide produced by Enterobacter sakazakii
US4790961A (en) * 1986-08-08 1988-12-13 Georgetown University Thermally reversible organic solvent gels
JP3095506B2 (ja) * 1992-02-03 2000-10-03 株式会社東芝 液晶混合物およびこれを用いた液晶表示素子
IT1276692B1 (it) * 1995-06-09 1997-11-03 Sniaricerche S C P A Cristalli liquidi stabilizzati con polimeri (pslc) e dispositivi flessibili di essi
JPH09179086A (ja) * 1995-12-27 1997-07-11 Toshiba Corp 液晶表示素子

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