KR20100114048A - 액정 물질로 침윤된 중합체 나노 입자를 포함하는 위상 보상 필름 - Google Patents

액정 물질로 침윤된 중합체 나노 입자를 포함하는 위상 보상 필름 Download PDF

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KR20100114048A
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조이 더블유 스토러
에드워드 오 섀퍼
레오나르도 씨 로페즈
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다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
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Abstract

본 개시물은 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체의 나노 입자, 및 액정 디스플레이의 픽셀에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 나노 입자의 가교 중합체 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질을 포함하는 위상 보상 필름을 제공한다.

Description

액정 물질로 침윤된 중합체 나노 입자를 포함하는 위상 보상 필름 {PHASE COMPENSATION FILM COMPRISING POLYMER NANOPARTICLES IMBIBED WITH LIQUID CRYSTAL MATERIAL}
본 개시물은 위상 보상 필름, 위상 보상 필름을 위한 필름 형성 조성물 및 위상 보상 필름의 형성 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD), 예컨대 LCD 텔레비전, 모니터, 프로젝터 및 반투과반사형(transflective) LCD는 LCD에 사용되는 편광기와 액정 셀 모두에 의해 변색될 수 있다. 이러한 변색은 LCD의 제조 동안 하나 이상의 위상 보상 필름의 배치에 의해 완화될 수 있다. 이러한 필름은 전형적으로 셀룰로스 트리아세테이트 또는 이축 배향되어 그의 복굴절성에 의해 위상 지연을 생성하는 다른 반-결정성 중합체로부터 제조된다.
또한, 시야각, 콘트라스트(contrast) 비, 색상, 색 변화 및 그레이 스케일(gray scale)을 개선시키기 위하여 위상 보상 필름이 LCD에 사용된다. 그러나, 이러한 개선은 각각의 제조사의 액정 셀의 다양성 및 적합성으로 인하여 제조 분야에 따라 일관된 방식으로 달성하기가 어렵다. 또한, 통상적인 위상 보상 필름을 포함하는 LCD는 매우 비효율적이어서, 디스플레이를 위한 광원으로 작용하는 냉 음극(cathode) 형광 전구로부터의 입사광의 단지 5 내지 6％ 만을 투과시킨다. 이러한 비효율성은 액정 디스플레이를 사용하는 휴대용 장치에서 배터리 전력 소비에 유의한 해로운 영향을 미칠 수 있다.
본 개시물의 실시양태는 위상 보상 필름, 위상 보상 필름을 형성하기 위한 필름 형성 조성물 및 위상 보상 필름의 형성 방법을 포함한다.
다양한 실시양태를 위하여, 위상 보상 필름은 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인, 및 위상 보상 필름에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질을 포함한다. 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 액정 디스플레이의 디스플레이 또는 심지어 픽셀에 대한 위상 보상 값을 제공할 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 전체에 걸쳐 액정 물질로 침윤된 나노-도메인의 가교 중합체 도메인은 본원에서 소규모 기능성 물질로 칭해지는 것을 형성한다.
또한, 본 개시물은 5 나노미터(nm) 내지 175 nm의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인, 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질, 및 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 액정 물질을 갖는 나노-도메인을 현탁시키는 액체 매질을 포함하는 필름 형성 조성물의 실시양태를 포함한다.
또한, 본 개시물의 실시양태는 필름 형성 조성물을 심지어 액정 디스플레이의 픽셀의 수준으로 아래로 적용하는 것을 포함하는 방법을 포함하며, 여기서 필름 형성 조성물은 각각 5 nm 내지 175 nm의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인, 액정 디스플레이의 픽셀에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질, 및 액정 물질로 침윤된 나노-도메인을 현탁시키는 액체 매질을 포함한다.
또한, 본 개시물의 실시양태는 각각의 나노-도메인이 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인의 에멀전의 형성 단계; 및 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 기능성 물질을 침윤시켜, 위상 보상 필름인 필름을 형성하기 위해 사용될 수 있는 소규모 기능성 물질을 생성하는 단계를 포함하는, 소규모 기능성 물질의 제조 방법을 포함한다. 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인의 에멀전은 기능성 물질과 동일한 상에서 형성될 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 기능성 물질은 액정 물질, 이색성 염료 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 액정 물질의 예로는 네거티브 유전 이방성, 포지티브 유전 이방성, 중성 이방성 및 이들의 조합을 갖는 것을 들 수 있다. 또한, 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 이색성 염료와 같은 1종 이상의 추가 화합물과 공중합시킬 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 기능성 물질의 양은 소규모 기능성 물질의 약 6 중량％ 내지 약 60 중량％일 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 기능성 물질의 양은 소규모 기능성 물질의 약 6 중량％ 내지 약 30 중량％일 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인에 침윤된 기능성 물질의 양 및/또는 유형은 생성된 소규모 기능성 물질의 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 위상 보상 필름에서, 사용되는 액정 물질의 양 및/또는 유형은 위상 보상 필름이 사용되는 장치의 함수일 수 있다. 또한, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양은 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 굴절률 및/또는 복굴절률에 따라 달라질 수 있다. 또한, 필름 형성 조성물의 위상 지연 값은 나노-도메인 중 1종 이상의 액정 물질 및/또는 액정 물질의 양, 나노-도메인 형성제의 조성 및 나노-도메인 형성제의 가교 밀도의 선택으로 조정될 수 있다. 또한, 다양한 실시양태를 위하여, 특정 용도에 각각의 소규모 기능성 물질이 상이한 양 및/또는 유형의 기능성 물질을 가질 수 있는 2종 이상의 소규모 기능성 물질의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시물의 위상 보상 필름은 각각의 층이 다층 필름의 1개 이상의 다른 층과 비교하여 상이한 내부 복굴절률을 갖는 침윤된 액정 물질을 갖는 나노-도메인을 갖는 1개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 따라서, 각각의 층에서 나노-도메인은 상이한 유형의 액정 물질 및/또는 상이한 양의 액정 물질 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 이러한 다층 필름을 형성하기 위하여, 각각 상이한 위상 보상 값을 갖는 상이한 필름 형성 조성물을 적용 또는 침착시킬 수 있으며, 여기서 2개 이상의 층은 상이한 액정 물질 및/또는 상이한 양의 액정 물질을 함유한다. 이러한 상이한 유형 및/또는 양의 액정 물질의 사용은 목적하는 용도를 위한 소규모 기능성 물질로 형성된 위상 보상 필름의 광학 성능을 조정할 수 있게 할 수 있다. 또한, 이러한 다층 필름은 시스템 전체에 걸친 굴절률 매칭(matching) 광학 요소에 의한 LCD 투과율 개선에 유용할 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태를 위하여, 액정 디스플레이의 픽셀의 굴절률 값은 필름 형성 조성물의 굴절률과 매칭될 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 본 개시물의 위상 보상 필름을 LCD와 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 위상 보상 필름은 LCD 전체에 걸쳐 사용하기 위한 1개 이상의 층을 갖는 단일의 균일한 배열을 가질 수 있다. 별법으로, 위상 보상 필름은 LCD의 (예를 들어, 픽셀 수준으로) 2개 이상의 개별 픽셀을 위한 1개 이상의 층으로 배열될 수 있으며, 여기서 본 개시물의 필름은 LCD의 성능을 변화시킨다. 또한, 본 개시물의 위상 보상 필름은 LCD의 광 투과율을 개선시키는데 도움을 줄 수 있으며, 여기서 본 개시물의 생성된 위상 보상 필름은 적어도 90％ 이상의 광에 대한 투과율을 가질 수 있다 (하기 실시예 부분에서 논의되는 바와 같이, 표준물로서 유리 슬라이드와 범용 CIE-C 표준 광원으로 측정함). 인지되는 바와 같이, 보다 효율적인 투과율을 갖는 것은 LCD를 사용하는 휴대용 장치에서 전력 소비와 관련하여 유의한 영향을 줄 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 본 개시물의 위상 보상 필름을 LCD의 개별 픽셀에 적용할 수 있다. 즉, 위상 보상 필름의 형성에 사용되는 필름 형성 조성물은, 예를 들어 LCD의 픽셀의 크기 규모로 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 나노-도메인에 침윤된 제1 소정의 액정 물질이 LCD의 제1 픽셀 (예를 들어, 적색 픽셀)에 적용되고, 나노-도메인에 침윤된 제2 소정의 액정 물질이 LCD의 제2 픽셀 (예를 들어, 녹색 픽셀)에 적용되고, 나노-도메인에 침윤된 제3 소정의 액정 물질이 LCD의 제3 픽셀 (예를 들어, 청색 픽셀)에 적용되고, LCD의 제1, 제2 및 제3 픽셀 각각이 상이한 색상을 제공하는 본 개시물의 여러가지 필름 형성 조성물을 적용할 수 있다. 또한, 나노-도메인에 침윤된 또다른 소정의 액정 물질이 다른 색상의 추가의 픽셀 (예를 들어, LCD의 제1, 제2 및 제3 픽셀 각각과 상이한 색상의 제4 픽셀)에 적용될 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인 및 액정 물질은 제1 픽셀, 제2 픽셀 및 제3 픽셀 각각에 대한 픽셀 수준으로 개별 위상 보상 값을 제공 및 제어할 수 있으며, 여기서 LCD의 제1, 제2 및 제3 픽셀 각각은 액정 디스플레이를 위한 상이한 색상을 제공한다.
또한, 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 2 nm 내지 1500 nm 범위의 위상 보상 값을 제공할 수 있다. 또한, 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 본원에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 단량체 상태로 존재할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 위상 보상 필름을 형성하기 위해 사용되는 필름 형성 조성물은 소규모 기능성 물질을 현탁시키는 액체 매질을 포함할 수 있다. 액체 매질은 수성 및/또는 비수성 (예를 들어, 유기물)일 수 있다. 적합한 액체 매질의 예로는 특히 톨루엔, 벤젠 및 메시틸렌을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 1종 초과의 소규모 기능성 물질을 비롯한 다른 첨가제를 수성 및/또는 비수성 액체 매질에 분산시킬 수 있다. 필름 형성 조성물을 본원에서 논의된 바와 같이 적용하여 액체 매질의 제거 (예를 들어, 건조)시 위상 보상 필름을 형성할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 액정 물질은 액체 매질에 존재할 경우 가교 중합체 도메인에서 본질적으로 안정한 농도를 유지한다. 또한, 필름 형성 조성물은 조성물을 다수의 여러가지 표면 코팅 기술, 예컨대 열 젯팅(jetting), 분사 인쇄(ejection printing), 필름 캐스팅, 연속 젯팅, 피에조 젯팅, 분무 코팅 및 잉크 젯 인쇄 공정을 통해 적용될 수 있게 하는 소정값의 점도를 가질 수 있다. 또한, 본 개시물의 필름 형성 조성물을 적용하기 위한 다른 기술이 가능하다.
또한, 본 발명자들은 소규모 기능성 물질의 가교 중합체 도메인이 놀랍게도 예를 들어 위상 보상 필름에서 건조되면 소정의 굴절률 타원체(index ellipsoid)를 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 다양한 실시양태를 위하여, 생성된 소정의 굴절률 타원체의 형상은 가교 중합체 도메인의 유형, 가교 중합체 도메인의 가교 밀도, 액정 물질의 유형 및 양의 함수일 수 있다.
소규모 기능성 물질의 가교 중합체 도메인으로 형성될 수 있는 소정의 굴절률 타원체의 예로는 포지티브(Positive) A-플레이트, 네거티브(Negative) A-플레이트, 포지티브 C-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 포지티브 사선 유형, 네거티브 사선 유형, 2축 X-Y 광학 축, 2축 네거티브 X-Z 광학 축 및 2축 포지티브 Y-Z 광학 축을 들 수 있다. 이러한 놀라운 결과는 액정 디스플레이의 픽셀의 위상 보상 요건이 위상 보상 필름의 위상 보상 능력과 매칭되게 한다. 따라서, 다양한 실시양태를 위하여, 가교 중합체 도메인의 소정의 굴절률 타원체는 위상 보상 필름이 액정 디스플레이의 픽셀의 광학 성능에 대해 보상할 수 있게 한다.
가교 중합체 도메인의 최종 형상 이외에, 위상 보상 필름의 광학 성능을 변화시키기 위해 사용될 수 있는 다른 인자로는 가교 중합체 도메인의 규모, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질의 양 및 유형 및/또는 생성된 위상 보상 필름의 두께를 들 수 있다. 따라서, 소정의 굴절률 타원체가 본 개시물의 소규모 기능성 물질로부터 생성된다는 것을 인지함으로써, 각각이 특정 LCD 기술을 위한 위상 보상 필름을 조정하여 디스플레이의 시야각, 콘트라스트 비, 색상, 색 변화 및 그레이 스케일 성능 중 하나 이상을 전체적으로 또는 심지어 픽셀의 수준으로 아래로 개선시킬 수 있다.
소규모 기능성 물질을 전기적으로 폴링(poling) (전기장을 소규모 기능성 물질을 가로질러 적용)하여 액정 물질의 비평면(out-of-plane) 정렬을 생성함으로써, 본 개시물의 위상 보상 필름의 복굴절률의 수준을 조정할 수 있다. 이것은 액정 물질이, 예를 들어 위상 보상 필름의 상의 X-방향 및 Y-방향 중 어느 것의 굴절률보다 큰 위상 보상 필름의 평면 밖으로 향하는 Z-방향의 굴절률을 생성할 수 있게 한다 (예를 들어, 네거티브 C-플레이트 굴절률 타원체). 이러한 액정을 더 배향시키는 능력을 본 개시물의 위상 보상 필름의 제어 및 조정성의 수준에 부가할 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 폴링 공정 동안 가교 중합체 도메인에서 (예를 들어, UV 광의 적용을 통해) 추가의 가교를 수행하여 액정 물질의 부과된 배향을 더욱 안정화시킬 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 소규모 기능성 물질을 위상 보상 필름에 다양한 농도로 공간 분산시켜 위상 보상 필름의 두께를 가로질러 굴절률의 구배를 생성할 수 있다.
정의
본원에서 사용된 용어 "나노-도메인"은 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인의 입자를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "가시광" 및/또는 가시선 주파수 범위에서 전자기 스펙트럼은 약 400 나노미터(nm) 내지 약 700 nm의 파장을 갖는 가시선 전자기 방사선을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "침윤된"은 적용된 장 (예를 들어, 전기, 전자기, 자기)에 반응하는 기능성 물질을 나노-도메인의 가교 중합체 도메인으로 및 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 흡수시켜 가교 중합체 도메인을 가로질러 본질적으로 균일한 농도의 기능성 물질을 제공하는 과정을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "적용된 장"은 소규모 기능성 물질에 침윤된 기능성 물질로부터 기능적 반응을 끌어내기 위한 목적으로 소규모 기능성 물질에 의도적으로 적용된 에너지를 의미한다.
본원에서 사용된 "액정 물질"은 액정 화합물 또는 2종 이상의 상이한 액정 화합물로 형성된 액정 화합물의 혼합물을 의미한다.
본원에서 사용된 "액정"은 방향자로 칭해지는 공동 축을 따라 향할 수 있는 쌍극자 및/또는 분극성 실체를 갖는 긴 분자를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "별개(discrete)"는 소규모 기능성 물질이 가교 중합체 도메인 및/또는 액체 매질내로 용해 및/또는 삼출되는 기능성 물질없이 액체 매질로 혼합된 상태를 의미한다.
본원에서 사용된 "네거티브 유전 이방성"은 둘레에 액정의 장거리 질서가 정렬된 국소 대칭 축을 의미하는 방향자에 평행한 유전 계수가 방향자에 수직한 유전 계수보다 작은 상태를 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "분산된" 또는 "분산액"은 거시적 수준으로 분리없이 소정 농도로 실질적으로 액체 매질 전체에 걸쳐 소규모 기능성 물질을 분배시키는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "공중합체"는 2종 이상의 상이한 단량체의 중합을 통해 생성된 중합체를 의미한다.
본원에서 사용된 "액체"는 용액 또는 순수한 액체 (실온에서 액체 또는 승온에서 용융되는 실온에서 고체)를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "부피 평균 직경"은 가교 중합체 도메인 입자의 조립체의 부피 가중 평균 직경을 의미한다: Dv = Σ{vxDx} (여기서, Dv는 부피 평균 직경이고, vx는 직경 Dx를 갖는 입자의 부피 분율임). 부피 평균 직경은 본원에 전문이 참고로 포함되는 문헌 ["Development and application of an integrated, highspeed, computerized hydrodynamic chromatograph." Journal of Colloid and Interface Science, Volume 89, Issue 1, September 1982, Pages 94-106; Gerald R. McGowan and Martin A. Langhorst]에 기재된 바와 같은 유체역학적 크로마토그래피에 의해 결정된다.
본원에서 사용된 용어 "필름"은 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 1 마이크로미터이고, 기재와 접촉되거나 접촉되지 않을 수 있는 소규모 기능성 물질을 이용하여 형성된 물질의 연속 시트 (예를 들어, 구멍 또는 균열이 없음)를 의미한다. 얇은 연속 필름 시트는 소규모 기능성 물질을 이용하여 형성된 물질의 하나 이상의 층으로부터 형성될 수 있으며, 여기서 상기 각각의 층은 소규모 기능성 물질을 이용하여 형성된 동일한 물질, 소규모 기능성 물질을 이용하여 형성된 2종 이상의 상이한 물질, 또는 소규모 기능성 물질을 이용하여 형성된 물질의 여러가지 조합으로 형성될 수 있다.
본원에서 사용된 "LCD"는 액정 디스플레이에 대한 약어이며, LCD-프로젝터 및 반투과반사형 디스플레이와 같은 다른 디스플레이 기술을 내재적으로 포함한다.
본원에서 사용된 "PDLC"는 중합체-분산된 액정에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "PMMA"는 폴리메틸 메타크릴레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "MMA"는 메틸 메타크릴레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "DPMA"는 디프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "Tg"는 유리 전이 온도에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "UV"는 자외선에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "IR"은 적외선에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "GRIN"은 구배-지수에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "LED"는 발광 다이오드에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "S"는 스티렌에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "EGDMA"는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "DVB"는 디비닐벤젠에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "SDS"는 나트륨 도데실 술페이트 염에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "BA"는 부틸 아크릴레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "AMA"는 알릴 메타크릴레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "APS"는 암모늄 퍼술페이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "TMEDA"는 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "MEK"는 메틸 에틸 케톤에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "THF"는 테트라히드로푸란에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "UPDI"는 초순수 탈이온화에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "PVC"는 폴리비닐 클로라이드에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "C-V"는 캐패시턴스(capacitance)-전압에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "Al"은 원소 알루미늄에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "TOL"은 톨루엔에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "V"는 볼트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "E-O"는 전기-광학에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "CHO"는 시클로헥사논에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "RI"는 굴절률에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "APE"는 알킬페놀 에톡실레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "AE"는 알코올 에톡실레이트에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "wt."는 중량에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "nm"는 나노미터에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "μm"는 마이크로미터에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "g"는 그램에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "℃"는 섭씨 온도에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 "FTIR"은 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)에 대한 약어이다.
본원에서 사용된 부정관사("a", "an"), 정관사("the") 및 하나 이상("at least one" 및 "one or more")은 교체 사용 가능하다. 용어 "포함하다" 및 그의 변형어는 이들 용어가 명세서 및 특허청구범위에서 나타날 경우 제한된 의미를 갖지 않는다. 따라서, 예를 들어 적용된 장에 반응성인 기능성을 갖는 기능성 물질을 포함하는 소규모 기능성 물질은 상기 기능성 물질이 "하나 이상(one or more)"의 기능성 물질을 포함한다는 것을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "건조"는 액체의 실질적인 부재를 의미한다.
용어 "및/또는"은 열거된 요소 중 하나, 하나 초과 또는 전부를 의미한다.
또한, 본원에서 종점에 의한 수 범위의 열거는 그 범위내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함함).
본 개시물의 상기 개요는 본 개시물의 각각의 개시된 실시양태 또는 모든 실행을 기술하려는 것이 아니다. 이후의 기재가 보다 구체적으로 예시적인 실시양태를 예시한다. 본원 전체에 걸쳐 몇 군데에서, 다양한 조합으로 사용될 수 있는 실시예의 열거를 통해 가이드가 제공된다. 각각의 경우에, 언급된 열거는 단지 대표적인 군으로 작용하며, 독점적인 열거로 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 개시물의 나노-도메인의 크기 분포를 예시하는 그래프이다.
도 2a 내지 2c는 a) 리크리스탈(Licristal; 등록상표) E44 (독일 다름슈타트 소재 머크, 카가아(Merck, KGaA)); b) 실시예 1의 나노-도메인; 및 c) 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인의 FTIR 스펙트럼을 제공한다.
도 3은 다양한 액정 물질로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 예시한다.
도 4는 다양한 액정 물질로 침윤된 실시예 3의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 예시한다.
도 5a 및 5b는 다양한 아세톤/리크리스탈(등록상표) E44 중량비에 대한 메틸렌 클로라이드 전구체 용액 중 액정 물질 리크리스탈(등록상표) E44의 농도 (도 5a) 및 전구체 용액 중 리크리스탈(등록상표) E44의 다양한 농도에 대한 전구체 용액 중 리크리스탈(등록상표) E44에 대한 아세톤의 중량비 (도 5b)의 함수로서 나노-도메인에 침윤된 액정의 양을 예시한다.
도 6은 본 개시물의 건조 나노-도메인 중 액정 물질의 양의 최소 제곱법 모델의 결과를 예시한다.
도 7은 본 개시물의 액정 물질을 갖는 상이한 물질의 X-선 산란 패턴을 예시한다.
도 8은 다양한 온도에서 본 개시물의 나노-도메인에 침윤된 리크리스탈(등록상표) E44의 양을 예시한다.
도 9는 다양한 온도에서 본 개시물의 나노-도메인에 침윤된 리크리스탈(등록상표) E44의 양의 최소 제곱법 모델의 결과를 예시한다.
도 10은 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 본 개시물의 상이한 크기의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 예시한다.
도 11은 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 본 개시물에 따른 여러가지 조성물의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 예시한다.
본 개시물의 실시양태는 위상 보상 필름, 위상 보상 필름을 형성하기 위한 조성물, 및 위상 보상 필름의 형성 방법을 제공한다. 다양한 실시양태를 위하여, 위상 보상 필름 및 위상 보상 필름을 형성하기 위한 조성물을 사용하여 액정 디스플레이(LCD)의 성능을 변화시킬 수 있으며, 여기서 위상 보상 필름은 LCD의 독특한 광학 요건을 위해 조정될 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 본 개시물의 위상 보상 필름을 전체 LCD 또는 LCD의 각각의 개별 픽셀에 적용 및 맞출 수 있다 (예를 들어, LCD에서 심지어 색상에 대해 각각의 색상 픽셀을 선택적으로 보상함).
LCD는 특히 편광 필름 및 위상 보상 필름을 포함하여 광범위한 범위의 시야각에 걸쳐 LCD로부터 광 누출을 최소화하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 위상 보상 필름은 액정 물질 층에서 광파의 직교 편광 성분 사이의 위상 차의 각도에 걸친 변화에 대해 보상하는데 도움을 준다. 또한, 보상 필름은 LCD의 수평 및 수직 시야각에 걸쳐 콘트라스트 비를 개선시키는데 도움을 준다.
LCD에 사용되는 대부분의 액정 물질은 포지티브 복굴절률을 갖기 때문에, 이러한 LCD와 함께 사용된 위상 보상 필름은 네거티브 복굴절률을 갖는다. 다수의 접근법이 네거티브 복굴절률을 갖는 위상 보상 필름을 형성하는데 사용되어 왔다. 한 접근법은, 예를 들어 폴리비닐 알코올, 폴리카르보네이트 및 폴리술폰으로 제조된 포지티브 복굴절성 중합체 필름을 이축 연신시켜 수직 광학 축을 갖는 네거티브 복굴절률을 생성하였다. 이러한 접근법이 갖는 한가지 주요 문제점은 이축 연신 동안의 보우잉(bowing)이며, 이것은 필름에 결함을 부여할 수 있다. LCD를 위한 보상 필름을 형성하기 위한 다른 접근법은 용매 캐스팅 (예를 들어, 셀룰로스 트리아세테이트 필름의 캐스팅)을 포함한다. 그러나, 용매 캐스팅을 사용하여 제조된 필름은 불균질 에스테르 교환을 겪을 수 있으며, 이것은 디스플레이에서 광학 결함을 야기시키는 구형 결함을 생성할 수 있다.
본 개시물의 실시양태는 위상 보상 필름, 위상 보상 필름을 형성하기 위한 조성물 및 본 개시물의 위상 보상 필름의 형성 방법을 제공한다. 다양한 실시양태를 위하여, 위상 보상 필름은 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인, 및 액정 디스플레이의 픽셀에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질을 포함하는 소규모 기능성 물질을 포함한다. 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 2 나노미터(nm) 내지 1,500 nm 범위의 위상 보상 값을 제공할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 소규모 기능성 물질 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 그의 단량체 상태로 존재한다. 이것은 큰 구조로 자가-조직화되는 액정 분자의 경향과는 상반된다. 놀랍게도, 본 개시물의 실시양태는 이러한 문제에 직면하지 않는다. 오히려, 실질적으로 소규모 기능성 물질의 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질의 자가-조직화가 최소화되는 것으로 생각된다. 이론에 얽매이는 것을 바라는 것은 아니지만, 최소 자가-조직화에 대한 가능한 근거는 가교 중합체 도메인의 구조가 그 자체와 너무 회합되는 정도로 액정 물질이 조직화되는 능력을 최소화하는데 도움을 준다는 것이다 (예를 들어, 너무 커지지 않도록 함).
본 개시물의 소규모 기능성 물질의 사용은 위상 보상 필름의 제조에서 발견되는 몇가지 문제점을 처리하는데 도움을 줄 수 있다. 첫째, 본 개시물의 소규모 기능성 물질은 다른 기술 중에서도 캐스트, 용액 캐스트 및/또는 분무 코팅되어 가변적 위상 보상 성능을 달성할 수 있는 위상 보상 필름을 형성할 수 있는 필름 형성 조성물로 제조될 수 있다. 위상 보상 필름을 형성하기 위해 이용가능한 방법의 유연성은 벌크 물질 특성 및 필름 연신 공정에 제한된 위상 보상 시장에서 제조 성능 특성을 허용한다. 둘째, 본 개시물의 소규모 기능성 물질을 사용하여 위상 보상 필름의 형성에 사용된 소규모 기능성 물질에 침윤된 정확한 액정 물질 또는 굴절률 변형제의 성질에 의해 위상 보상 필름에서 차별화된 성능을 나타낼 수 있다. 셋째, 소규모 기능성 물질로부터 생성된 위상 보상 필름은 매우 낮은 헤이즈(haze)를 갖고 투명할 수 있으며, 기존의 물질에 비해 상당한 장점일 수 있는 균일한 광학 특성을 나타낼 수 있다.
본 개시물의 위상 보상 필름을 사용하여 LCD에서 색상, 색 변화, 그레이 스케일 및 넓은 시야각을 개선시킬 수 있다. LCD는 음극선관 디스플레이(cathode ray tube display)와 같이, 시야각을 갖는 이미지의 동일한 균일성을 나타내지 않는다. 본 개시물의 위상 보상 필름은 LCD에서 개선된 시야각 특성을 제공하는 것을 추구한다. 이러한 시야각 특성은 디스플레이의 색상, 콘트라스트 비, 색상, 색 변화 및 그레이 스케일 성능의 각도에 따른 차이를 포함한다.
또한, 본 개시물의 위상 보상 필름의 투과율은 90％ 이상일 수 있다. 높은 투과율은 종종 각각 예를 들어 대략 수십 내지 수백 마이크로미터의 두께의 다수의 위상 보상 필름을 사용하는 LCD의 광 및 전력 효율에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 종종, 위상 보상을 위한 필름은 굴절률이 불일치(mis-match)된 물질의 다수의 층을 함유할 수 있다. 이러한 필름은 굴절률 불일치로 인하여 프레넬(Fresnel) 반사를 겪고, 따라서 최종 투과율에 제한을 받는다. 감소된 광 투과율의 결과는 백라이트(backlight)의 출력에 대한 요구를 증가시킨다. 본 개시물의 굴절률 변화 필름은 다양한 성분과의 굴절률 매칭 (특히 유리 대 중합체)을 통해 LCD의 전체적인 투과율을 상당히 개선시킬 수 있다. 이것은 LCD에서 전력 소비를 감소시키는 작용을 할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 상기한 프레넬 반사는 본 개시물에 의해 적어도 2가지 방식으로 처리되는 문제이다. 첫째, 본 개시물의 실시양태는 광범위한 다양한 위상 지연 값 (위상 지연 = 필름 복굴절률 X 필름 두께)을 갖는 복굴절성 필름을 생성할 수 있다. 이러한 성능의 결과로 추가의 위상 보상 필름에 대한 필요성을 감소시키고, 통상적인 필름과 비교하여 훨씬 감소된 두께를 갖는 위상 보상 필름을 제시할 수 있다. 둘째, 본 개시물의 위상 보상 필름을 위해 사용되는 소규모 기능성 물질을 각각의 층이 소정의 유형 및 양 (소규모 기능성 물질의 중량 백분율)의 액정 물질을 함유하는 층에 적용할 수 있다. 물질 디자인에서 이러한 유연성의 결과로 층 사이 또는 기재 사이 (예를 들어, 중합체와 유리 또는 중합체와 투명 전도체 사이)의 굴절률 매칭에 유용한 구배 굴절률 물질의 내부층의 형성이 가능하다. 따라서, 본 개시물의 위상 보상 필름은 광학 물질의 층의 굴절률 매칭 및 성능 개선을 위해 유용한 것으로 입증될 수 있다.
또한, 본 개시물의 위상 보상 필름은 다음의 기술 목록: 트위스트형 네마틱 (TN), 슈퍼 트위스트형 네마틱 (STN), 평면내 스위칭(in-plane switching) (IPS), 수직 정렬 (VA) 및 멀티도메인 수직 정렬 (MVA) 등으로부터 제조되고/되거나 이들에 의해 기재된 LCD에 유용할 수 있다.
또한, 본 개시물의 소규모 기능성 물질은 독특한 및 높은 정도의 제어를 제공하여 픽셀 수준으로 위상 보상을 제공함으로써 기존의 필름에서 광 분산으로 인한 위상 지연 불일치에 대해 보정할 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태를 위하여, 액정 디스플레이의 픽셀의 굴절률 값은 필름 형성 조성물의 굴절률과 매칭될 수 있다. 예를 들어, LCD에서 픽셀은 적색, 녹색 및 청색 픽셀 각각으로 향하는 개별 위상 보상으로부터 이점을 얻을 수 있다 (이것은 위상 보상이 파장 의존성이기 때문임). 따라서, 이제 LCD를 위한 색 필터는 픽셀 수준으로 위상 보상을 도입할 수 있다. 이것은 통상적인 위상 보상 필름의 다중 층에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
또한, 다양한 실시양태를 위하여, 소규모 기능성 물질의 다중 층을 사용하여 (층에 대한) 내부 복굴절률 및 다중 층 필름의 광학 장점의 조합을 포함할 수 있는 구별되는 성능을 얻을 수 있다. 또한, 액정 물질 침윤된 소규모 기능성 물질은 템플레이팅(templating) 단계, (복굴절 생성을 위한) 배향 단계 또는 캡핑(capping)과 같은 정렬 또는 특수 처리 단계를 필요로 하지 않는 필름을 형성할 수 있다.
또한, 본 개시물의 위상 보상 필름은 액정 물질 단량체를 침윤시키기 전에, 중합체 나노-비드의 구조내에 중합성 액정 물질 (예를 들어, 중합성 디스코틱 액정)을 사용할 수 있다. 또한, 액정 물질 단량체와 이색성 염료 단량체를 나노-도메인의 구조로 직접 공중합하는 것이 가능하며, 침윤되면 액정 분자를 예비 조직화시키거나 상이한 고유한 위상 보상 성능을 소규모 기능성 물질에 제공하는 것에 대한 장점을 제공할 수 있다. 또한, 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질을 (예를 들어, 유리 전이 온도를 변화시키기 위하여) 1종 이상의 추가의 화합물과 공중합할 수 있다.
또한, 본 발명자들은 놀랍게도 소규모 기능성 물질의 가교 중합체 도메인이 예를 들어 위상 보상 필름에서 소정의 굴절률 타원체를 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 다양한 실시양태를 위하여, 생성된 소정의 굴절률 타원체의 형상은 가교 중합체 도메인의 유형, 가교 중합체 도메인의 가교 밀도 및/또는 침윤된 액정 물질의 유형 및 양의 함수일 수 있다. 소정의 굴절률 타원체의 예는 본원에 논의되어 있다.
위상 보상 필름 이외에, 본 개시물의 소규모 기능성 물질을 다른 광학 용품에 사용할 수 있다. 이러한 용품으로는, 사진복사기에서 안과에 대한 내시경 렌즈까지의 범위의 구배 굴절률 용품을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 섬유 광학 통신 및 빔 조종 용품을 비롯한 광 신호의 다중화는 독특한 광학 디자인, 망원경 및 현미경 및 이미지화의 기기를 조정하기 위하여 본 개시물의 소규모 기능성 물질과 같은 고도의 가변적 물질로부터 이점을 얻을 수 있다. 또한, 형상을 분쇄하기에 어려운 것을 비롯하여, 통상적인 물질로 형성하기에 매우 어려운 렌즈가 본 개시물의 소규모 기능성 물질로 형성된 복굴절성 필름에 의해 이점을 얻을 수 있다.
본 개시물의 실시양태는 소규모 기능성 물질이 큰 부피 분율의 소규모 기능성 물질을 함유하는 위상 보상 필름을 형성하는데 사용될 수 있게 한다. 위상 보상 필름의 실시양태는 조성물의 부피 분율의 대부분이 소규모 기능성 물질인 소규모 기능성 물질의 조성물로 형성될 수 있다. 대부분에 적합한 값은 적어도 60％ 부피 분율의 소규모 기능성 물질인 조성물을 포함하며, 여기서 나머지 부피 분율은 소규모 기능성 물질을 현탁시키기 위해 사용된 액체 매질을 포함할 수 있다. 액체 매질은 수성 및/또는 비수성 (예를 들어, 유기물)일 수 있다. 또한, 소규모 기능성 물질의 다른 부피 분율 (예를 들어, 70％ 이상, 80％ 이상)이 가능하다.
다양한 실시양태를 위하여, 액정 물질은 액체 매질에 존재할 경우 가교 중합체 도메인에서 본질적으로 안정한 농도를 유지한다. 즉, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질은 나노-도메인으로부터의 삼출에 저항한다. 또한, 필름 형성 조성물은 조성물이 다수의 여러가지 표면 코팅 기술, 예컨대 열 젯팅, 분사 인쇄, 필름 캐스팅, 연속 젯팅, 피에조 젯팅, 분무 코팅, 스핀 코팅, 정전기적 코팅 및 잉크 젯 인쇄를 통해 균일하게 적용될 수 있게 하는 소정의 값과 동일한 점도를 가질 수 있다. 또한, 본 개시물의 필름 형성 조성물을 적용하기 위한 다른 기술이 가능하다.
다양한 실시양태에 따라, 소규모 기능성 물질을 가교 중합체의 나노-도메인으로부터 조립하고, 액정 물질, 이색성 염료 또는 이들의 조합을 이용하여 기능성화시킨다. 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인의 가교 중합체는 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는다. 이러한 값으로는 나노-도메인의 부피 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 175 nm인 입도 분포를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인은 약 10 nm 내지 약 100 nm의 부피 평균 직경을 가질 수 있다.
또한, 본 개시물의 실시양태는 나노-도메인의 형성 방법을 제공한다. 예를 들어, 나노-도메인은 각각의 나노-도메인이 본원에서 논의된 바와 같은 최대 치수 (예를 들어, 가시광 파장의 4분의 1 이하)를 갖는 유화 공정을 통해 형성될 수 있다 (예를 들어, 모두 본원에 전문이 참고로 포함되는 칼란타르(Kalantar) 등의 미국 공보 제2004/0054111호 및 제2004/0253442호 참조).
다양한 실시양태를 위하여, 유화 공정은 단량체 혼합물 및 계면활성제를 수성 상에 유화시키는 것을 포함한다. 다양한 실시양태를 위하여, 에멀전은 수성 상에서 안정화된 나노-도메인의 마이크로에멀전이다. 계면활성제의 적합한 예로는 폴리옥시에틸렌화 알킬페놀 (알킬페놀 "에톡실레이트" 또는 APE); 폴리옥시에틸렌화 직쇄 알코올 (알코올 "에톡실레이트" 또는 AE); 폴리옥시에틸렌화 2차 알코올, 폴리옥시에틸렌화 폴리옥시프로필렌 글리콜; 폴리옥시에틸렌화 머캅탄; 장쇄 카르복실산 에스테르; 천연 지방산의 글리세릴 및 폴리글리세릴 에스테르; 프로필렌 글리콜, 소르비톨 및 폴리옥시에틸렌화 소르비톨 에스테르; 폴리옥시에틸렌 글리콜 에스테르 및 폴리옥시에틸렌화 지방산; 알칸올아민 축합물; 알칸올아미드; 알킬 디에탄올아민, 1:1 알칸올아민-지방산 축합물; 2:1 알칸올아민-지방산 축합물; 3급 아세틸렌계 글리콜; 폴리옥시에틸렌화 실리콘; n-알킬피롤리돈; 폴리옥시에틸렌화 1,2-알칸디올 및 1,2-아릴알칸디올; 알킬 폴리에톡실레이트, 알킬 아릴 폴리에톡실레이트, 알킬폴리글리코시드 및 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.
시판용 계면활성제의 예로는 테르기톨(Tergitol; 상표명) 및 트리톤(Triton; 상표명) 계면활성제 (모두 더 다우 케미칼 컴파니(The Dow Chemical Company) 제품)를 들 수 있다. 사용되는 계면활성제의 양은 형성된 나노-도메인을 물 또는 다른 수성 중합 매질에 적어도 실질적으로 안정화시키기에 충분할 수 있다. 이러한 정확한 양은 선택된 계면활성제 뿐만 아니라, 다른 성분의 유형에 따라 달라질 것이다. 또한, 상기 양은 반응이 배치 반응, 반-배치 반응 또는 연속 반응으로 수행되느냐에 따라 달라질 것이다. 배치 반응은 일반적으로 최대량의 계면활성제를 포함할 것이다. 반-배치 및 연속 반응에서 계면활성제는 입자가 성장함에 따라 표면 대 부피 비가 감소하기 때문에 다시 이용가능해지며, 따라서 배치 반응에서와 동일한 양의 주어진 크기의 입자를 제조하는데 더 적은 계면활성제가 필요할 수 있다. 3:1 내지 1:20 및 2.5:1 내지 1:15의 계면활성제:단량체 중량비가 유용하다. 유용한 범위는 사실 이보다 더 넓을 수 있다.
수성 상 성분은 물이거나, 물과 친수성 용매의 조합이거나, 친수성 용매일 수 있다. 사용되는 수성 상의 양은 반응 혼합물의 총중량을 기준으로 40 중량％ 이상일 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 사용되는 수성 상의 양은 반응 혼합물의 총중량을 기준으로 50 중량％ 이상일 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 사용되는 수성 상의 양은 반응 혼합물의 총중량을 기준으로 60 중량％ 이상일 수 있다. 또한, 사용되는 수성 상의 양은 반응 혼합물의 총중량을 기준으로 99 중량％ 이하, 95 중량％ 이하, 90 중량％ 이하 및/또는 85 중량％ 이하일 수 있다.
개시제는 자유 라디칼 개시제일 수 있다. 적합한 자유 라디칼 개시제의 예로는 예를 들어 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 디히드로클로라이드 및 산화환원 개시제, 예컨대 H2O2/아스코르브산 또는 tert-부틸 히드로퍼옥시드/아스코르브산, 또는 지용성 개시제, 예컨대 디-t-부틸 퍼옥시드, t-부틸 퍼옥시벤조에이트 또는 2,2'-아조이소부티로니트릴 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 첨가되는 개시제의 양은 단량체 100 중량부 당 0.01 내지 5.0, 0.02 내지 3.0, 또는 0.05 내지 2.5 중량부일 수 있다. 다른 개시제가 가능하다. 자유 라디칼 개시제의 사용 이외에, 중합을 위한 다른 메카니즘으로는 자외선 광을 사용한 경화를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
나노-도메인의 형성에 사용되는 단량체는 자유 라디칼 중합을 수행할 수 있는 1종 이상의 단량체일 수 있다. 적합한 단량체로는 1개 이상의 불포화 탄소 대 탄소 결합 및/또는 1개 초과의 탄소 대 탄소 이중 결합을 함유하는 것을 들 수 있다. 나노-도메인 형성에 단일 유형의 단량체를 사용하거나, 2종 이상의 상이한 유형의 단량체를 사용할 수 있다.
적합한 단량체의 예는 스티렌 (예컨대, 스티렌, 알킬 치환된 스티렌, 아릴-알킬 치환된 스티렌, 알키닐아릴 알킬 치환된 스티렌 등); 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 (예컨대, 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트 등); 비닐 (예를 들어, 비닐 아세테이트, 알킬 비닐 에테르 등); 알릴 화합물 (예를 들어, 알릴 아크릴레이트); 알켄 (예를 들어, 부텐, 헥센, 헵텐 등), 알카디엔 (예를 들어, 부타디엔, 이소프렌); 디비닐벤젠 또는 1,3-디이소프로페닐벤젠; 알킬렌 글리콜 디아크릴레이트 및 이들의 조합 (예를 들어, 공중합체를 생성하기 위한 혼합물)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "알킬"은 탄소 4 내지 14개 (C4-C14)를 갖는 포화 선형 또는 분지형 1가 탄화수소기를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "알켄"은 탄소 4 내지 14개 (C4-C14)를 갖는 1개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 불포화 탄화수소를 포함할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인은 메틸 메타크릴레이트 (MMA) 및 부틸 아크릴레이트의 단량체로부터 형성될 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인은 MMA, 부틸 아크릴레이트 및 스티렌 단량체로부터 형성될 수 있다. 또한, 나노-도메인을 위한 다른 공중합체 배열이 가능하다.
또한, 액정 중합체의 단량체가 본 개시물의 나노-도메인의 형성에 사용될 수 있다. 이러한 단량체는 p-히드록시벤조산 및 관련 단량체를 기재로 하는 부분적으로 결정성 방향족 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 공중합된 액정 기능성을 갖는 나노-도메인을 형성하기 위하여 중합될 수 있는 단량체의 특정 예로는 2-프로펜산, 4'-시아노[1,1'-비페닐]-4-일 에스테르; 콜레스트-5-엔-3-올 (3β), 2-프로페노에이트; 벤조산, 4-[[[4-[(1-옥소-2-프로페닐)옥시]부톡시]카르보닐]옥시], 2-메틸-1,4-페닐렌 에스테르; 벤조산, 3,4,5-트리스[[11-[(1-옥소-2-프로펜-1-일)옥시]운데실]옥시], 나트륨염 (1:1); 페놀, 4-[2-(2-프로펜-1-일옥시)에톡시]; [1,1'-비페닐]-4-카르보니트릴, 4'-(4-펜텐-1-일옥시); 페놀, 4-(10-운데세닐옥시); 벤조산, 4-[2-(2-프로페닐옥시)에톡시]; 1,4-시클로헥산디카르복실산, 비스[4-(10-운데세닐옥시)페닐] 에스테르, 트랜스; 벤조산, 4-[[6-[(1-옥소-2-프로페닐)옥시]헥실]옥시]-, 2-클로로-1,4-페닐렌 에스테르; 및 벤조산, 4-[[6-[(1-옥소-2-프로페닐)옥시]헥실]옥시]-, 2-클로로-1,4-페닐렌 에스테르, 단일중합체를 들 수 있다.
다양한 실시양태에 따라, 나노-도메인은 자외선 광의 사용 또는 라디칼 개시된 가교 공정을 통해 가교된다. 나노-도메인의 가교는 기능성 물질의 침윤 전 및/또는 후에 일어날 수 있다. 이러한 실시양태에서, 단량체의 적어도 일부분은 1개 초과의 불포화 탄소 대 탄소 결합을 가질 것이다. 디비닐벤젠 또는 1,3-디이소프로페닐벤젠을 갖는 스티렌 단량체를 사용하는 것이 유용한 실시양태이다. 사용되는 가교 단량체 (예를 들어, 반응에 이용가능한 1개 초과의 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 단량체)의 양은 단량체의 총중량을 기준으로 약 100 중량％ 미만, 약 70 중량％ 미만, 약 50 중량％ 미만 및 약 1 중량％ 초과 또는 약 5 중량％ 초과일 수 있다. 조성물에 첨가되는 단량체의 총량은 조성물의 총중량을 기준으로 약 1 내지 약 65 중량％, 약 3 내지 약 45 중량％ 또는 약 5 내지 약 35 중량％ 범위이다.
본 개시물의 나노-도메인의 제조에 사용되는 공정은 칼란타르 등의 미국 공보 제2004/0054111호 및 제2004/0253442호에서 논의된 바와 같은 배치 공정, 다중-배치 공정, 반-배치 공정 또는 연속 공정으로 수행될 수 있다. 적합한 반응 온도는 약 25℃ 내지 약 120℃ 범위이다.
나노-도메인은 형성되면, 에멀전을 물에 적어도 부분적으로 가용성인 유기 용매 또는 용매 혼합물과 혼합하여 (형성된 중합체는 생성된 수성 상-용매 혼합물에 실질적으로 불용성임) 침전시킬 수 있다. 이러한 용매의 예로는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메탄올을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 단계는 나노-도메인을 침전시키며, 나노-도메인은 건조물로 사용되거나, 후속 사용을 위하여 감마 부티로락톤, 테트라히드로푸란, 시클로헥사논, 메시틸렌 또는 디프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (DPMA)와 같은 적합한 유기 용매에 재분산시킬 수 있다. 또한, 침전은 나노-도메인으로부터 상당량의 계면활성제 잔류물을 제거하는데 유용하다.
또한, 나노-도메인은 당업계에 공지된 다양한 방법, 예컨대 침전 전에 이온 교환 수지 층을 통해 통과시키고; 탈이온수 및 임의로 나노-도메인이 불용성인 용매를 이용하여 침전 및 격렬하게 세척하고; 침전시키고, 나노-도메인을 유기 용매에 분산시키고, 분산액을 상기 용매에서 실리카 겔 또는 알루미나 컬럼을 통해 통과시킴으로써 정제시킬 수 있다.
침전 후, 분무 건조 단계를 사용하여 나노-도메인의 분말을 형성할 수 있으며, 여기서 건조 온도는 나노-도메인 상 잔여 반응성 기의 반응, 응집화 및 나노-도메인 입도 증가를 야기시킬 정도로 높지 않다. 또한, 동결 건조를 사용하여 나노-도메인의 분말을 형성할 수 있다.
또한, 본 개시물을 위한 나노-도메인을 형성하기 위한 다른 방법이 가능하다. 예로는 문헌 [Mecerreyes, et al. Adv. Mater. 2001, 13, 204]; [Funke, W. British Polymer J. 1989, 21, 107]; [Antonietti, et al. Macromolecules 1995, 28, 4227]; [Gallagher, et al. PMSE. 2002, 87, 442]; 및 [Gan, et al. Langmuir 2001, 17, 4519]에 기재된 것을 들 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인은 소규모 기능성 물질을 형성하기 위하여 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 액정 물질을 침윤시킴으로써 기능성화될 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 액정 물질을 침윤시키는 것은 가교 중합체 도메인의 형성 후 및/또는 그 동안 수행될 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 가교 중합체 도메인은 나노-도메인의 횡단면 치수를 통해 연장되는 연속적인 실질적으로 균일한 네트워크를 제공하는 구조를 갖는다 (예를 들어, 그것은 구불구불한 다공성 네트워크를 갖는 고체 입자임). 다양한 실시양태를 위하여, 구조의 다공성은 액정 물질이 나노-도메인 구조에 침윤될 수 있게 한다. 즉, 가교 중합체 도메인은 스펀지처럼 작용하여 액정 물질을 침윤 및 유지할 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어 다량의 기능성 물질을 유지하는 쉘(shell)과 대비된다.
다양한 실시양태를 위하여, 액정 물질을 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 균일하게 분산시킬 수 있다. 이것은 가교 중합체 도메인 내에 및/또는 그것을 가로질러 위치에 무관하게 나노-도메인을 통해 본질적으로 균일한 액정 물질의 농도를 허용한다. 또한, 나노-도메인의 다공성은 액정 물질이 또한 용액에 존재할 경우 가교 중합체 도메인에서 본질적으로 안정한 농도를 유지할 수 있게 한다.
다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인에 사용 또는 침윤되는 액정 물질의 양은 생성된 소규모 기능성 물질의 용도에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 예를 들어 용도가 LCD의 보상 필름을 위한 것일 경우, 사용되는 액정 물질의 양은 목적하는 LCD의 함수일 것이다. 또한, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양은 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 이방성, 굴절률 및/또는 복굴절률에 따라 달라질 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양은 소규모 기능성 물질의 약 6 중량％ 내지 약 60 중량％ 범위일 수 있다. 또한, 액정 물질은 가교 중합체 도메인의 굴절률 값보다 큰 굴절률 값을 가질 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양 및/또는 유형은 생성된 소규모 기능성 물질의 용도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양은 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 굴절률 및/또는 복굴절률에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 필름 형성 조성물의 위상 지연 값은 1종 이상의 액정 물질 및 나노-도메인 중 액정 물질의 양으로 조정할 수 있다.
또한, 다양한 실시양태를 위하여, 2종 이상의 소규모 기능성 물질의 조합을 특정 용도에 사용할 수 있으며, 여기서 소규모 기능성 물질은 상이한 유형 및/또는 양의 액정 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 개시물의 위상 보상 필름은 필름의 다른 층과 비교하여 각각 상이한 내부 복굴절률을 갖는 침윤된 액정 물질을 갖는 나노-도메인을 갖는 2개 이상의 층 (예를 들어, 다층 필름)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 소정량의 제1 액정 물질로 기능성화된 제1 나노-도메인, 및 제2 소정량 (제1 소정량과 상이함)의 제2 액정 물질 (제1 액정 물질과 상이함)로 기능성화된 제2 나노-도메인 (제1 나노-도메인과 상이함)을 함유하는 소규모 기능성 물질의 제1 층을 갖는 필름을 가질 수 있다. 이러한 또는 다른 접근법을 사용하여, 목적하는 용도를 위해 생성된 다층 필름을 "조정"할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 본 개시물의 위상 보상 필름을 LCD의 개별 픽셀에 적용할 수 있다. 즉, 위상 보상 필름을 형성하기 위하여 사용되는 필름 형성 조성물을 예를 들어, LCD의 픽셀의 크기 규모로 적용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 나노-도메인 중 제1 소정의 액정 물질을 LCD의 제1 픽셀 (예를 들어, 적색 픽셀)에 적용하고, 나노-도메인 중 제2 소정의 액정 물질을 LCD의 제2 픽셀 (예를 들어, 녹색 픽셀)에 적용하고, 나노-도메인 중 제3 소정의 액정 물질을 LCD의 제3 픽셀 (예를 들어, 청색 픽셀)에 적용한, 본 개시물의 상이한 필름 형성 조성물을 적용할 수 있다. 인지된 바와 같이, 본원에서 논의된 적색, 청색 및 녹색 이외에 다른 픽셀 색상이 존재할 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태를 위하여, 나노-도메인 및 액정 물질은 액정 디스플레이의 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀 중 하나의 보정을 위하여 픽셀 수준으로 개별 위상 보상 값을 제공 및 제어할 수 있다.
소규모 기능성 물질의 나노-도메인에 침윤시키기에 적합한 액정 물질의 예로는 등방성 상, 네마틱 상, 트위스트형 네마틱 상, 스멕틱 상, 키랄 네마틱 상 및/또는 디스코틱 상의 것을 들 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 적합한 액정 물질로는 4-펜틸페닐 4-펜틸벤조에이트; 4-펜틸페닐 4-메톡시벤조에이트; 4-펜틸페닐 4-메틸벤조에이트; 4-펜틸페닐 4-옥틸옥시벤조에이트; 4-펜틸페닐 4-프로필벤조에이트; 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올; 6-[4-(4-시아노페닐)페녹시]헥실 메타크릴레이트; 폴리(4-히드록시 벤조산-코-에틸렌 테레프탈레이트); p-아세톡시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-아족시아니솔; 4,4'-아족시디페네톨; 비스(p-부톡시벤질리덴) a,a'-비-p-톨루이딘; 비스(p-헵틸옥시벤질리덴) p-페닐렌디아민; 비스(p-옥틸옥시벤질리덴) 2-클로로-1,4-페닐렌디아민; p-부톡시벤조산; p-부톡시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-부톡시벤질리덴 p-에틸아닐린; p-부톡시벤질리덴 p-헵틸아닐린; p-부톡시벤질리덴 p-옥틸아닐린; p-부톡시벤질리덴 p-펜틸아닐린; p-부톡시벤질리덴 p-프로필아닐린; 부틸 p-헥실옥시벤질리덴 p-아미노벤조에이트; 콜레스테릴 벤조에이트; 콜레스테릴 데카노에이트 (카프레이트); 콜레스테릴 도데카노에이트 (라우레이트); 콜레스테릴 엘라이데이트; 콜레스테릴 에루케이트; 콜레스테릴 에틸 카르보네이트; 콜레스테릴 헵타노에이트 (에난테이트); 콜레스테릴 헥사데실 카르보네이트; 콜레스테릴 메틸 카르보네이트; 콜레스테릴 옥타노에이트 (카프릴레이트); 콜레스테릴 올레일 카르보네이트; 콜레스테릴 펜타노에이트 (발레레이트); 콜레스테릴 테트라데카노에이트 (미리스테이트); p-시아노벤질리덴 p-노닐옥시아닐린; 4-시아노-4'-부틸비페닐; 4-시아노-4'-헥실비페닐; 4-시아노-4'-옥틸비페닐; 4-시아노-4'-펜틸비페닐; 4-시아노-4'-펜틸옥시비페닐; p-데실옥시벤조산; p-데실옥시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-데실옥시벤질리덴 p-톨루이딘; 디벤질리덴 4,4'-비페닐렌디아민; 4,4'-디헵틸아족시벤젠; 4,4'-디헵틸옥시아족시벤젠; 4,4'-디헥실아족시벤젠; 4,4'-디헥실옥시아족시벤젠; 4,4'-디헥실옥시아족시벤젠; 4,4'-디노닐아족시벤젠; 4,4'-디옥틸아족시벤젠; 4,4'-디펜틸아족시벤젠; p-도데실옥시벤조산; p-에톡시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-에톡시벤질리덴 p-시아노아닐린; p-에톡시벤질리덴 p-헵틸아닐린; 에틸 4-(4-펜틸옥시벤질리덴아미노)벤조에이트; p-헵틸옥시벤질리덴 p-부틸아닐린; 4-헵틸옥시벤질리덴 4-헵틸아닐린; p-헥사데실옥시벤조산; p-헥실옥시벤즈알라진; p-헥실옥시벤조산; 4-(4-헥실옥시벤조일옥시)벤조산; p-헥실옥시벤질리덴 p-아미노벤조니트릴; p-헥실옥시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-헥실옥시벤질리덴 p-옥틸아닐린; p-메톡시벤질리덴 p-비페닐아민; p-메톡시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-메톡시벤질리덴 p-시아노아닐린; p-메톡시벤질리덴 p-데실아닐린; p-메톡시벤질리덴 p-에틸아닐린; p-메톡시벤질리덴 p-페닐아조아닐린; 4-메톡시페닐 4'-(3-부테닐옥시)벤조에이트; p-메틸벤질리덴 p-부틸아닐린; p-니트로페닐 p-데실옥시벤조에이트; p-노닐옥시벤조산; p-노닐옥시벤질리덴 p-부틸아닐린; p-옥틸옥시벤조산; p-옥틸옥시벤질리덴 p-시아노아닐린; p-펜틸벤조산; p-펜틸옥시벤조산; p-펜틸옥시벤질리덴 p-헵틸아닐린; 4-펜틸페닐 4'-프로필벤조에이트; p-프로폭시벤조산; 테레프탈릴리덴 비스(p-부틸아닐린); 테레프탈릴리덴 비스(p-노닐아닐린); p-운데실옥시벤조산 및/또는 4-펜틸-4'-시아노 비페닐을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 시판용 액정 물질로는 상표명 리크리스탈(등록상표) E44 (E44); 리크리스탈(등록상표) E7 (E7); 리크리스탈(등록상표) E63 (E63); 리크리스탈(등록상표) BL006 (BL006); 리크리스탈(등록상표) BL048 (BL048); 리크리스탈(등록상표) ZLI-4853 (ZLI-4853) 및 리크리스탈(등록상표) MLC-6041 (MLC-6041) 하에 머크 (독일 다름슈타트 소재 카가아)로부터 시판되는 것을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 시판용 액정 물질 또한 가능하다.
또한, 다양한 실시양태를 위하여, 유용한 액정 물질로는 네거티브 유전 이방성을 갖는 것을 들 수 있다. 본원에서 사용된 "네거티브 유전 이방성"은 방향자에 평행한 유전 계수가 방향자에 수직인 유전 계수보다 작은 상태를 포함하며, 여기서 방향자는 둘레에 액정 물질의 장거리 질서가 정렬된 국소 대칭 축을 의미한다. 네거티브 유전 이방성을 갖는 액정 물질의 예로는 미국 특허 제4,173,545호에 개시된 것 (예를 들어, p-알킬-페놀-4'-히드록시벤조에이트-4-알킬(알콕시)-3-니트로벤조에이트), 포지티브 또는 네거티브 유전 이방성을 갖는 것, 또는 4-시아노-4'-헥실비페닐 및 살리실알디민의 경우와 같이 포지티브에서 네거티브로 변할 수 있는 것 (문헌 [Physica B: Condensed Matter, Vol. 393, (1-2), pp 270-274] 참조), 문헌 ["Advanced Liquid Crystal Materials with Negative Dielectric Anisotropy for Monitor and TV Applications" by Klasen-Memmer et al. (Proc Int Disp Workshops, vol. 9, pages 93-95, 2002)]에서 논의된 것, 문헌 ["Nematic materials with negative dielectric anisotropy for display applications" by Hird et al. (Proc. SPIE Vol. 3955, p. 15-23, Liquid Crystal Materials, Devices, and Flat Panel Displays, March 2000)]에 개시된 것, 및 문헌 ["Stable Liquid Crystals with Large Negative Dielectric Anisotropy" by Osman et al., (Helvetica Chimica Acta, Vol. 66, Issue 6, pp 1786-1789)]에 개시된 것을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 액정 물질은 소규모 기능성 물질을 통한 적외선, 가시선 및 자외선 주파수 범위 중 적어도 하나의 방사선 에너지 (예를 들어, 광)의 적어도 일부분의 투과를 방지하는 기능을 할 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 액정 물질의 기능적 특성은 나노-도메인 구조에 침윤되면 크게 영향을 받지 않는다. 또한, 나노-도메인은 실질적으로 나노-도메인 전체에 결쳐 침윤된 액정 물질에 대해 질서를 유도할 수 있다. 액정 물질 및 나노-도메인에 대한 유사한 특징적인 길이의 정렬된 구조를 하기 실시예 부분에서 제공되는 바와 같은 X-선 산란 결과로 측정한다. 이러한 결과는 가교 중합체 도메인에 의해 질서가 유도될 수 있다는 것을 시사한다. 예를 들어, 액정 물질이 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤될 경우, 본원에서 논의된 산란 연구는 4 nm의 특징적인 길이를 갖는 액정 물질 정렬 구조를 지시한다. 그러나, 나노-도메인에 의해 유도된 이러한 질서는 순수한 액정 물질 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 중 액정 물질의 용액에서는 관찰되지 않는다.
다양한 실시양태를 위하여, 액정 물질을 나노-도메인의 가교 중합체 도메인에 침윤시킨 후에 소규모 기능성 물질의 가교 중합체 도메인의 가교 밀도를 증가시킬 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 후-침윤 가교를 사용하여 비-구형 나노-도메인을 형성할 수 있다. 또한, 액정 물질은 침윤되면 나노-도메인의 중합체 도메인과 가교될 수 있다. 소규모 기능성 물질은 형성되면 저장 및 본원에 논의된 바와 같은 후속 용도를 위하여 분말 (예를 들어, 동결 건조됨)로 제조될 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 위상 보상 필름을 형성하기 위하여 사용된 소규모 기능성 물질은 위상 보상 필름이 형성된 표면에 대한 투명도와 관련된 헤이즈 또는 다른 문제를 일으키지 않고, 위상 보상 필름을 형성할 수 있다. 논의된 바와 같이, 이것에 대한 한 근거는 소규모 기능성 물질의 나노-도메인이 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는다는 것일 수 있다. 나노-도메인의 크기를 제어하여, 예를 들어 광을 산란시킬 수 있는 크기의 도메인을 제거함으로써 광학 용품에 대해 생성된 위상 보상 필름의 투명성을 유지시킬 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 수성 및/또는 비수성 액체 매질 중 소규모 기능성 물질의 분산액은 균일할 수 있다. 또한, 다양한 실시양태를 위하여, 소규모 기능성 물질의 분산액은 하나 이상의 필름을 (예를 들어, 위상 보상 필름의 두께를 가로질러) 다양한 농도로 공간 분산시켜 굴절률의 구배를 생성할 수 있다. 예를 들어, 각각의 층이 상이한 농도를 가져서 생성된 필름에서 굴절률의 구배를 생성하는 소규모 기능성 물질의 2개 이상의 층이 사용될 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 농도 구배는 필름의 두께를 통해 및/또는 필름의 폭 또는 길이를 가로질러 연장될 수 있다.
다양한 실시양태를 위하여, 가교 중합체 도메인의 선택은 부분적으로 소규모 기능성 물질이 현탁된 수성 및/또는 비수성 액체 매질을 바탕으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가교 중합체는 소규모 기능성 물질이 수성 및/또는 비수성 액체 매질내에 분산되도록 선택될 수 있다. 수성 및/또는 비수성 액체 매질 전체에 걸쳐 소규모 기능성 물질을 분산시키기 위한 접근법은 혼합 공정으로 수행될 수 있다.
본 개시물의 실시양태는 다양한 용품에 유용할 수 있다. 이러한 용품으로는 광학 용품, 예컨대 특히 디스플레이, 안과용 렌즈, 섬유 광학, 브래그(Bragg) 반사기 및 도파관(wave guide)을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 소규모 기능성 물질의 나노-도메인은 공중합될 경우, 상이한 물질 특성 (예를 들어, 가교 중합체 도메인의 Tg) 및/또는 가교 중합체 도메인의 가교 밀도를 갖는 도메인 형성제를 생성하는 단량체를 선택함으로써 보다 경질 또는 연질로 제조될 수 있다. 다양한 실시양태를 위하여, 소규모 기능성 물질을 다양한 인쇄 기술을 사용하여 농도 구배로 공간 분산시켜 구배 굴절률 렌즈와 같은 광학 물질을 형성할 수 있다.
또한, 1종 이상의 액정 물질 이외에 이색성 염료를 침윤시킬 수 있다. 주상(columnar) 및 네마틱 둘다의 디스코틱 액정 물질 또한 침윤될 수 있다. 적합한 이색성 염료 및/또는 추가의 액정 물질의 예로는 특히 미국 특허 제4,401,369호 및 제5,389,285호; WO 1982/002209호에서 알 수 있는 것; 아릴아조피리미딘; 벤조-2,1,3-티아디아졸 (문헌 [J. Mater. Chem., 2004, 14, 1901-1904] 참조); 머크 리크리스탈(등록상표) 및 머크 리크릴라이트(Licrilite; 등록상표)를 들 수 있다.
본 개시물은 다음의 실시예에 의해 예시된다. 특정 실시예, 물질, 양 및 절차는 본원에 기재된 개시물의 범위 및 취지에 따라 광의로 해석되어야 함을 이해하여야 한다. 또한, 본원에 인용된 모든 특허, 가특허 출원을 포함하는 특허 출원, 공보 및 전자적으로 입수가능한 자료 또는 문헌의 완전한 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다. 상기 상세한 기재 및 실시예는 단지 이해의 명확성을 위하여 제공되었다. 그로부터 어떠한 불필요한 제한도 의도하지 않음을 이해하여야 한다. 본 개시물의 실시양태는 도시되고 기재된 정확한 상세 사항에 제한되지 않으며, 다수의 변화가 당업자에게 명백할 것이고, 특허청구범위에 의해 한정된 개시물내에 포함된다.
<실시예>
본 개시물의 다양한 측면이 다음의 실시예에 의해 예시된다. 특정 실시예, 물질, 양 및 절차는 본원에 기재된 개시물의 범위에 따라 광의로 해석되어야 함을 이해하여야 한다. 달리 지시되지 않는다면, 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 하며, 모든 분자량은 수평균 분자량이다. 달리 명시되지 않는다면, 사용된 모든 화학 약품은 본원에 지시된 바와 같은 시판용 제품이다.
시약: 메틸 메타크릴레이트 (MMA, 99％, 안정화됨, 아크로스 오가닉스(Acros Organics)); 스티렌 (S, 99％, 알드리치(Aldrich)), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 (EGDMA, 98％, 안정화됨, 아크로스 오가닉스); 디비닐벤젠 (DVB, 98％, 알드리치); 나트륨 도데실 술페이트 염 (SDS, 98％, 아크로스 오가닉스); 1-펜탄올 (99％, 아크로스 오가닉스); 메틸렌 클로라이드 (HPLC 등급, 버딕 앤드 잭슨(Burdick and Jackson)); 아세톤 (HPLC 등급, 제이. 티. 베이커(J. T. Baker)); 액정 물질 리크리스탈(등록상표) (독일 다름슈타트 소재 머크, 카가아); 분자량 15,000의 폴리(메틸 메타크릴레이트) (알드리치); 부틸 아크릴레이트 (BA, 99％, 안정화됨, 알드리치); 알릴 메타크릴레이트 (AMA, 아크로스 오가닉스, 98％); 암모늄 퍼술페이트 (APS, 아크로스 오가닉스, 98+％); 및 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 (TMEDA, 아크로스 오가닉스, 99％).
모든 중합은 질소하에 초고순도의 탈이온수 (UPDI 물, 바른스테드(Barnstead) 정제기를 통해 통과함, 전도성 < 10-17 Ω-1)에서 수행되었다.
나노-도메인의 제조
본 실시양태를 위하여, MMA 또는 BA 또는 S 또는 이들 단량체의 혼합물을 표 1에 제공되는 양에 따라 가교 단량체로 작용하는 AMA 또는 DVB와 혼합하였다. 혼합물을 염기성 산화알루미늄 (아크로스 오가닉스)으로 부분적으로 패킹된 컬럼을 통해 여과하여 안정화제를 제거하고, 100 ml 유리 시린지에 충전시켰다. 표 1에 제공된 바와 같은 SDS 및 1-펜탄올을 UPDI 물과 합하고, 반응기에 충전하고, 혼합물을 저속 (200 rpm)으로 교반하고, 30℃에서 20분 동안 질소로 퍼징하였다.
등몰량의 APS 및 TMEDA를 2종의 개시제로서 사용하였다. 표 1에 열거된 각 실시예에 대하여, UPDI 물 10 ml 중 표 1에 제공된 바와 같은 APS를 제1 개시제로 사용하고, UPDI 물 10 ml 중 표 1에 제공된 바와 같은 TMEDA를 제2 개시제로 사용하였다.
표 1에 제공된 바와 같은 단량체 혼합물 및 개시제의 초기 부분을 반응기에 충전시켜 시드 중합(seed polymerization)을 개시하였다. 30분 후에 시린지 펌프(KD 사이언티픽(Scientific))를 통해 표 1에 지시된 속도로 단량체의 나머지의 주입을 개시하였다. 반응기(100)를 질소로 퍼징하고, 온도를 반응 전체에 걸쳐 28℃에서 유지시켰다. 중합을 1시간 동안 계속하였다. 단량체 주입이 완결되면, 생성된 나노-도메인을 유리 병에 수집하고, 펜스탑(PennStop; 상표명) (알드리치)의 약간의 액적을 병에 첨가하여 중합 반응을 중단시켰다.
Figure pct00001
(문헌 ["Development and application of an integrated, high-speed, computerized hydrodynamic chromatograph." Journal of Colloid and Interface Science, Volume 89, Issue 1, September 1982, Pages 94-106; Gerald R. McGowan and Martin A. Langhorst]에 기재된) 유체역학적 크로마토그래피에 의해 측정된 실시예 1 내지 5의 나노-도메인의 부피 평균 직경 및 입도 분포가 도 1에 도시되어 있다. 나노-도메인에 대한 부피 평균 직경의 값은 10 nm 내지 100 nm일 수 있다. 입도 분포에 대하여, 나노-도메인의 70％는 50 nm보다 작은 부피 평균 직경을 가졌으며, 30 nm의 부피 평균 직경을 갖는 나노-도메인이 발견되었다.
나노-도메인을 3가지 방법 중 하나에 따라 단리시켰다. 제1 방법에서, 비희석된 나노-도메인 현탁액 또는 라텍스의 주어진 부피에 같은 부피의 메틸 에틸 케톤 (MEK, 피셔(Fisher), HPLC 등급)을 첨가하였다. 생성된 현탁액을 2,000 rpm에서 20분 동안 원심분리시켰다 (IEC 센트라(Centra) GP8R; 1500 G-힘). 액체를 경사분리하고, 나노-도메인을 1:1 UPDI 물:아세톤의 원래 부피 x1에 재현탁시켰다. 재현탁된 나노-도메인을 원심분리하고 2회 더 경사분리하였다. 나노-도메인을 약 70시간 동안 건조 공기의 스트림으로 건조시켰다.
제2 방법에서, 비희석된 나노-도메인 현탁액 또는 라텍스의 주어진 부피에 같은 부피의 MEK를 첨가하였다. 생성된 현탁액을 상기와 같이 원심분리하였다. 액체를 경사분리하고, 나노-도메인을 UPDI 물에서 블렌딩하고, 아세톤 (같은 부피)에 첨가하였다. 나노-도메인 현탁액을 여과하고, 수 부피의 메탄올 (피셔, HPLC 등급) 또는 1:1 UPDI 물:아세톤, UPDI 물, 그 후 메탄올로 세척하였다. 그 후, 나노-도메인을 약 70시간 동안 건조 공기의 스트림으로 건조시켰다.
제3 방법에서, 비희석된 나노-도메인 현탁액 또는 라텍스의 주어진 부피에 같은 부피의 MEK를 첨가하였다. 생성된 현탁액을 상기와 같이 원심분리하였다. 액체를 경사분리하고, 나노-도메인을 최소량의 테트라히드로푸란 (THF, 피셔, HPLC 등급)에 용해시켰다. THF 용액을 5 내지 10배 과량의 메탄올에 천천히 첨가하여 나노-도메인을 침전시켰다. 침전된 나노-도메인을 여과하고, 메탄올 (피셔, HPLC 등급)로 세척한 후, 상기한 바와 같이 건조시켰다.
액정 물질
다양한 액정 물질을 본원에 제공된 실시예에 사용하였다. 제1 실시예는 리크리스탈(등록상표) E44 (독일 다름슈타트 소재 머크, 카가아), 4-펜틸-4'-시아노 비페닐 (100℃의 투명점 (등방성 유체로 전이), +16.8의 유전 이방성 (Δε) 및 0.2627의 광학 이방성 (Δn)을 갖는 네마틱 액정 물질임)을 포함하였다. 본 실시예에 사용된 다른 액정 물질은 4-시아노-4'-옥틸비페닐 (프린톤 래버러터리즈(Frinton Laboratories), 미국 뉴저지주 소재); 리크리스탈(등록상표) E7; 리크리스탈(등록상표) E63; 리크리스탈(등록상표) BL006; 리크리스탈(등록상표) BL048; 리크리스탈(등록상표) ZLI-4853 및 리크리스탈(등록상표) MLC-6041 (각각 독일 다름슈타트 소재 머크, 카가아 제품)을 포함하였다. 다양한 실시예에서, 액정 물질 및/또는 액정 물질의 혼합물을 사용하여 그의 나노-도메인에서 질서에 미치는 영향을 관찰하였다.
표 2는 액정 물질의 특성의 일부를 나타내었다. 액정 물질을 적어도 부분적으로 그의 고 굴절률 이방성을 위하여 선택하였다.
Figure pct00002
액정 물질의 나노-도메인으로의 침윤
액정 물질의 샘플을 표 3에 제공된 바와 같이, 유리 용기에서 메틸렌 클로라이드에 용해시켜 용액을 형성하였다. 아세톤을 상기 용액에 첨가하고, 눈으로 보기에 투명한 용액이 수득될 때까지 혼합하였다. 나노-도메인의 수성 분산액을 칭량하고, 용액에 첨가하여 혼합물을 형성하였다. 혼합물을 실온 (약 21℃)에서 밤새 교반하였다.
상기한 바와 같은 액정 물질의 나노-도메인으로의 침윤은 물-메틸렌 클로라이드 계면을 가로지르는 액정 분자의 분산된 나노-도메인으로의 이동을 바탕으로 하였다. 수성 분산액과 용액의 혼합시 이러한 과정의 징후가 존재하였다. 혼합시, 나노-도메인의 수성 분산액은 그의 광 산란 능력을 상당히 증가시켰다. 이것은 입자의 용해 또는 응집에 의한 나노-도메인의 팽윤에 의해 평균 입도가 증가함을 시사하였다. 나노-도메인의 수성 분산액은 실질적으로 혼합, 교반 및 경사분리 공정 전체에 걸쳐 작업 범위내에서 안정함을 유지하였으며, 예를 들어 나노-도메인의 침전은 없었다.
혼합물을 실온 (약 21℃)에서 3시간 동안 상 분리시켰다. 2개의 상이 용기에서 나타났다: 용기의 하부에서 메틸렌 클로라이드 풍부 상 및 상부에서 수성 상. 수성 상을 경사분리하고, 동결 건조시켜 액정 물질로 침윤된 나노-도메인을 수득하였다. 액정 물질로 침윤된 생성된 나노-도메인은 솜털같은 백색 분말의 외양을 가졌다.
실시예에서 제공된 액정 물질은 모두 상기한 동일한 절차를 사용하여 (상기) 실시예 1 내지 5의 나노-도메인에 성공적으로 침윤시켰다. 표 3은 다양한 액정 물질로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인 중 액정의 양을 나타낸다. 나노-도메인 중 액정 물질의 양은 소규모 기능성 물질의 약 6 중량％ 내지 약 25 중량％로 다양하였다. 최저량 (6.2 중량％)은 리크리스탈(등록상표) ZLI-4853, 그 다음은 리크리스탈(등록상표) MLC-6041 (11.6 중량％) 및 리크리스탈(등록상표) BL048 (13.2 중량％)에 상응하였다. 리크리스탈(등록상표) E44 (24.6 중량％) 및 리크리스탈(등록상표) E7 (23.1 중량％)은 나노-도메인의 실시예 1에서 최대량으로 침윤되었다. 약간 더 많은 양을 사용한 유사한 결과가 60 nm 부피 평균 직경의 실시예 1의 나노-도메인을 사용하여 수득되었다.
Figure pct00003
FTIR 분광법
FTIR 분광법 (니콜렛(Nicolet) 710 FTIR)을 사용하여 실시예 1의 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 존재 및 양을 측정하였다.
FTIR의 보정을 위하여, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 0.887 g을 메틸렌 클로라이드 16.78 g에 용해시켰다. 눈으로 보기에 균질한 투명한 용액이 수득될 때까지 혼합물을 교반하였다. 이 용액에, 필요량의 액정 물질을 첨가하고, 혼합물이 눈으로 보기에 투명해질 때까지 교반하였다. 용액을 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 릴리스(release) 표면 (예를 들어, 시트) 상에 붓고, 실온 (약 21℃)에서 작동하는 진공 오븐에 넣어 메틸렌 클로라이드를 증발시켰다. 수득된 필름을 사용하여 FTIR 측정치를 보정하였다.
생성된 소규모 기능성 물질을 FTIR 및 X-선 산란을 이용하여 규정하였다. FTIR 분광법을 사용하여 나노-도메인 중 액정 물질의 양을 측정하였다.
리크리스탈(등록상표) E44, 실시예 1의 나노-도메인 및 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인에 대한 전형적인 스펙트럼을 도 2a 내지 2c에 도시하였다. 리크리스탈(등록상표) E44의 FTIR 스펙트럼은 약 2230 cm-1 (도 2a)에서 방향족 C≡N 선을 특징으로 하였다. 도 2b는 실시예 1의 나노-도메인에 대한 스펙트럼을 예시하였다. 리크리스탈(등록상표) E44를 함유하는 나노-도메인의 스펙트럼은 약 2230 cm-1에서 C≡N 밴드를 나타내었으며, 이는 나노-도메인 중 액정 물질의 존재를 입증하였다 (도 2c).
액정 물질의 C≡N 선 대 나노-도메인의 C=O 선 (약 1730 cm-1)의 비를 사용하여 나노-도메인 중 액정 물질 양을 측정하였다. 공지된 양의 액정/나노-도메인 표준 조성물을 보정을 위해 제조하였다. 모든 다른 액정 물질은 방향족 C≡N 선이 존재하기 때문에, 동일한 방법을 사용하여 나노-도메인 입자 중 액정 물질 양을 규정하였다. 표준 조성물을 보정을 위하여 각각의 액정 물질 및 나노-도메인 조성물에 대해 제조하였다.
도 3은 실시예의 액정 물질로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 나타낸다. 도 3에서, X-선 산란 패턴 300은 리크리스탈(등록상표) ZLI-4853에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 310은 리크리스탈(등록상표) BL006에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 320은 리크리스탈(등록상표) MLC-6041에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 330은 리크리스탈(등록상표) E63에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 340은 리크리스탈(등록상표) E7에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 350은 리크리스탈(등록상표) BL048에 대한 것이다. 도시된 바와 같이, X-선 산란 패턴은 각각의 액정 물질에 대해 유사하였다. 산란 밴드는 액정 물질에 대해 동일한 2θ 각도에 위치하는 것으로 보이며, 단지 리크리스탈(등록상표) E7 (340)만이 더 큰 각도 (더 작은 크기 특징)로 매우 조금 이동한 것으로 보였다. 산란 피크는 4 nm의 특징적인 길이를 갖는 액정 정렬 구조에 상응하였다. 나노-도메인에 의해 유도된 이러한 질서는 순수한 액정 물질 또는 PMMA 중 액정 물질의 용액에서는 관찰되지 않았다. 이것은 길이 규모가 나노-도메인의 조성 및 구조에 의해 결정됨을 시사할 수 있다. 그러나, 본원에서 논의된 바와 같이, 나노-도메인 조성 (예를 들어, 공중합체)은 실시예의 조성물에 대한 특징적인 길이에 유의한 영향을 미치는 것으로 보이지 않았다. 예를 들어, 도 4는 유사한 결과가 다양한 액정 물질로 침윤된 실시예 3의 나노-도메인 (MMA/S 1:1)에서 관찰됨을 예시한다. 도 4에서, X선 산란 패턴 400은 리크리스탈(등록상표) ZLI-4853에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 410은 리크리스탈(등록상표) BL006에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 420은 리크리스탈(등록상표) MLC-6041에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 430은 리크리스탈(등록상표) E63에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 440은 리크리스탈(등록상표) E7에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 450은 리크리스탈(등록상표) BL048에 대한 것이고, X-선 산란 패턴 440은 리크리스탈(등록상표) E44에 대한 것이었다.
또한, 침윤된 나노-도메인의 제조 동안 광 산란의 증가는 나노-도메인 침윤에 사용된 액정 물질 중 아세톤의 양에 따라 달라지는 것으로 관찰되었다. 이것은 나노-도메인에 침윤된 액정 물질에 대한 아세톤 함량의 영향을 시사하였다. 나노-도메인에 침윤된 액정 물질에 대한 아세톤 함량의 영향을 시험하기 위하여, 하나의 중심점을 갖는 3X6 팩토리얼 디자인(factorial design) 실험을 사용하는, 침윤 과정에 영향을 미치는 인자의 연구를 수행하였다. 연구에서 침윤 용액 중 액정 물질의 양 및 액정 물질에 대한 아세톤의 중량비를 변수로 사용하였다. 연구 동안 제조 온도 및 교반 조건을 일정하게 유지시켰다.
표 4는 FTIR에 의해 측정된 디자인, 다양한 농도 및 동결 건조 후 액정 물질 양을 제공한다. 침윤 용액 중 액정 물질의 최대량은 30 중량％이었다. 액정에 대한 아세톤의 최대 중량비는 2.0이었다. 이 값은 나노-도메인의 수성 분산액의 안정성에 의해 제한되었다. 더 많은 양의 아세톤은 분산액으로부터 입자의 응집 및 침전을 개시시켰다. 이들 실험에서 건조 나노-도메인에 침윤된 리크리스탈(등록상표)의 최대량은 20 중량％이었다.
Figure pct00004
도 5a 및 5b는 다양한 아세톤/리크리스탈(등록상표) E44 중량비에 대한 메틸렌 클로라이드 전구체 용액 중 리크리스탈(등록상표) E44의 농도의 함수 (도 5a), 및 전구체 용액 중 다양한 농도의 리크리스탈(등록상표) E44에 대한 전구체 용액 중 리크리스탈(등록상표) E44에 대한 아세톤의 중량비의 함수 (도 5b)로서, 실시예 1의 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양을 도시한다. 두 곡선 모두 건조 나노-도메인 중 액정 물질 양과 두 변수 사이의 직접적인 상관관계를 지시하였다. 건조 나노-도메인 중 액정 물질의 양은 침윤 용액 중 액정 물질의 농도 및 액정 물질에 대한 아세톤의 중량비와 함께 직접적으로 증가하였다. 또한, 상기 논의된 2개의 변수 사이에 연관성이 존재하였다. 건조 나노-도메인 중 액정 물질의 양의 최소 제곱법 모델의 결과가 도 6에 도시되어 있다. 2개의 변수 및 크로스 항(cross term)이 사용될 경우, 데이터의 통계학적으로 유의한 상관성 (R2 = 0.9799)이 수득되었다 (3개의 항에 대해 분산 P<O.0001의 분석에 의해 도시됨). 이러한 상관성에 따라, 건조 나노-도메인 중 액정 물질의 양을 다음과 같이 표현할 수 있다:
Figure pct00005
여기서, ％LC는 건조 나노-도메인 중 액정 물질의 양이고, LCS％는 침윤 용액 중 액정 물질의 농도이고; AC/LC 비는 침윤 용액 중 액정 물질에 대한 아세톤의 중량비이고; (LCS％ x AC/LC 비)는 크로스 항이다. 또한, 정합 모델은 비-제로 절편(nonzero intercept)을 포함하였다. 이러한 상관성은 나노-도메인 중 액정 물질 양의 변화의 약 98％가 액정 물질의 농도 및 침윤 용액 중 액정 물질에 대한 아세톤의 중량비에 의해 야기됨을 설명하는 것으로 보인다.
리크리스탈(등록상표) E44는 네마틱 액정 물질로서 시판되고 있다. 이 액정은 액정이 등방성 유체가 되는 투명점 (100℃) 이하에서 그의 배향 질서를 유지하였다. 액정 물질의 나노-도메인으로의 침윤은 액정 및/또는 나노-도메인의 형태에 영향을 미칠 수 있다. X-선 산란 기술을 사용하여 액정 물질 침윤 나노-도메인의 형태를 조사하였다.
선택된 물질의 X-선 산란 패턴이 도 7에 제시되어 있다. 액정 물질이 없는 실시예 1의 나노-도메인에 상응하는 산란 패턴은 곡선 700에 의해 나타내었다. 이 곡선은 특정 구조 배열이 없는 무정형 중합체 물질의 넓은 광륜(halo)을 나타내었다. 곡선 710은 PMMA 중합체 중 리크리스탈(등록상표) E44의 용액에 상응하였다. 이 곡선은 결정성 또는 스멕틱 액정 상을 지시하는 최대 각도에서 작은 피크를 갖는 매우 유사한 무정형 패턴을 나타내었다. 반대로, 곡선 720은 40 Å 특징부를 나타내는 선행 피크를 갖는 스멕틱 또는 결정성 질서의 존재를 지시하는 몇개의 회절 피크를 갖는 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인에 상응하였다. 이러한 특징부 길이는 리크리스탈(등록상표) E44에서 이중층 d-공간과 일치하였다.
공정 온도
온도가 침윤 공정에 미치는 영향을 실시예 1의 나노-도메인에 침윤된 리크리스탈(등록상표) E44에 대해 시험하였다. 주위 온도 (21℃) 내지 50℃의 온도에서 분석하였다. 최고 온도를 선택하여 나노-도메인/침윤 용액 2상 시스템의 불안정성을 방지하고, 침윤 공정에서 나노-도메인의 침전을 방지하였다.
표 5 및 도 8은 침윤 온도의 함수로서 나노-도메인 중 액정 물질 양을 나타내었다. 데이터는 침윤 온도가 높을수록 나노-도메인 중 액정 물질의 양이 더 많도록 촉진된다는 것을 시사하였다. 도 9는 온도의 함수로서 실시예 1의 나노-도메인에 침윤된 리크리스탈(등록상표) E44의 양의 최소 제곱법 모델의 결과를 예시하였다. 나노-도메인 중 액정 물질의 양의 변화의 약 75％가 온도의 영향으로 인한 것일 수 있음을 나타내는 데이터의 통계학적으로 유의한 상관성 (R2 = 0.7396 및 분산 P<O.0007의 분석을 가짐)이 수득되었다. 분석은 실시예 1의 나노-도메인 중 리크리스탈(등록상표) E44의 양에 대해 0.44의 온도 계수를 제공하였다.
Figure pct00006
나노-도메인 크기
X-선 산란 데이터는 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인이 40Å 특징부를 나타내는 선행 피크를 갖는 스멕틱 또는 결정성 질서의 존재를 지시하는 몇개의 회절 피크를 갖는다는 것을 나타내었다. 이러한 특징부 길이는 리크리스탈(등록상표) E44에서 이중층 d-공간과 일치하였다. 이러한 발견을 바탕으로, 더 큰 크기의 나노-도메인에 대하여, 나노-도메인의 복합 형태가 영향을 받는지의 여부를 더 잘 이해할 수 있었다. 표 6은 다양한 액정 물질로 침윤된 30 nm 및 60 nm의 부피 평균 직경을 갖는 실시예 1의 나노-도메인의 조성을 나타낸다. 결과는 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양이 더 큰 나노-도메인에 대해 약간 더 많다는 것을 지시하였다. 예를 들어, 리크리스탈(등록상표) E7로 침윤된 30 nm 나노-도메인은 23.1 중량％의 액정 물질이 존재하였다. 동일한 액정 물질로 침윤된 60 nm의 나노-도메인은 26.1 중량％를 함유하였다. 다른 액정 물질은 나노-도메인의 부피 평균 직경이 30 nm에서 60 nm로 증가할수록 유사한 양의 증가를 나타내었다. 그러나, 이러한 액정 물질 양의 변화는 나노-도메인/액정 형태가 하나의 코어-쉘 특성을 갖는다는 것을 시사하기에는 충분히 유의하지는 않는 것으로 생각된다.
모두 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 30 nm (도 10 중 1010) 및 106 nm (도 10 중 1020)의 실시예 1의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴이 도 10에 도시되어 있다. 주요 산란 특징부는 2개의 조성물에 대해 유사하며, 유사한 정렬 구조를 나타내었다. 주요 피크는 두 경우에서 4 nm의 특징적인 길이와 일치하였다. 또한, 도 10은 마이크로에멀전 중합에서 2배의 농도의 AMA를 사용함으로써 가교 밀도가 증가된 60 nm 나노-도메인 (도 10 중 1000)에 대한 산란 패턴을 나타내었다. 이러한 패턴은 동일하게 결합된 특징적인 길이 (4 nm)를 갖는 다른 모든 것과 유사한 특징부를 가졌다. 이러한 나노-도메인 중 액정 물질 양 (리크리스탈(등록상표) E44)은 23.2 중량％ (표 6)이었으며, 절반의 농도의 가교제를 갖는 30 nm 나노-도메인의 것 (24.6 중량％)과 유사하였다. 이것은 이러한 나노-도메인 중 가교제의 높은 농도가 이러한 실시예를 위해 사용된 공정 및 조건을 이용하여 액정 물질을 침윤시키는 것을 방해하지 못함을 시사하였다.
Figure pct00007
나노-도메인 조성물
도 11은 리크리스탈(등록상표) E44로 침윤된 다양한 조성물의 나노-도메인의 X-선 산란 패턴을 나타낸다. 3개의 조성물은 표 1로부터의 실시예 1 (도 11 중 1110), 3 (도 11 중 1100) 및 4 (도 11 중 1120)였다. 3개의 나노-도메인 조성물은 약 30 nm 내지 약 40 nm의 부피 평균 직경을 가졌다. 1100, 1110 및 1120에서 나타난 이러한 패턴은 모든 조성물에서 정렬된 구조를 나타내었다. 주요 산란 특징부는 모든 조성물에서 유사하였으며, 동일한 각도에 위치하였다. 주요 피크는 4 nm의 특징적인 길이와 일치하였다. 그럼에도 불구하고, 패턴에 작은 차이가 있었다. 예를 들어, 실시예 1의 나노-도메인은 2θ=2.5°에서 작은 피크를 나타내었으며, 이는 실시예 3 및 4의 나노-도메인에서는 보이지 않았다.
소규모 기능성 물질의 필름 형성 특징
3개의 상이한 소규모 기능성 물질 (상기 실시예 19, 27 및 30) 각각에 대한 필름 형성 용액을 본원에 논의된 바와 같이 제조하였다. 각각의 필름 형성 용액은 소규모 기능성 물질 (분말 형태의 실시예 19, 27 및 30) 0.2 g을 20℃에서 20분 동안 톨루엔 (알드리치, HPLC 등급) 90 g, 디부틸 말레에이트 (알드리치, 99.9％) 9.4 g 및 BYK-320 (실리콘 레벨링제(leveling agent), BYK 케미(Chemie)) 0.2 g에 현탁시켜 형성하였다. 놀랍게도, 톨루엔과 디부틸 말레에이트 약 9 내지 약 10 중량％를 갖는 필름 형성 용액으로 형성된 필름에 대한 헤이즈％ 측정에서 급강하가 존재한다는 것이 발견되었다.
3개의 소규모 기능성 물질 각각에 대한 필름은 연신 코팅 공정에 의해 형성하였다. 공정을 위하여, 필름 형성 용액 200 μL 샘플을 유리 슬라이드 상에 침착시켰으며, 유리 슬라이드를 가로질러 높이 0.020 인치의 연신 바가 자동 연신기 (가드코(Gardco), DP-8201)를 사용하여 3.8 인치/초로 연신되었다. 샘플을 완전히 건조시켰으며, 두께는 약 35 μm이었다.
상기 필름 형성 용액으로 형성된 필름 각각은 유리 기재 상에 있는 동안 약 2％ 헤이즈 미만 사이의 총 헤이즈 (하기에 논의되는 바와 같이 측정됨) 및 90％ 이상의 총 투과율 (하기에 논의되는 바와 같이 측정됨)을 가졌다. 이러한 낮은 헤이즈 및 높은 투과율 결과를 갖는, 고품질 광학 (낮은 헤이즈 및 높은 투과율)을 갖는 필름 형성제로서 소규모 기능성 물질의 거동은 이러한 물질을 광학 용품, 예컨대 다른 용품 중에서도 특히 위상 지연 필름, 렌즈, 그레이딩(grading), 반사방지 코팅 및 프라이버시 코팅에 사용할 수 있게 할 수 있다.
위상 보상 필름의 광학 성능 특징
실시예 1의 나노-도메인 (침윤된 액정 물질 없음)을 갖는 필름 형성 용액 및 리크리스탈(등록상표) E44 22 중량％로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인의 소규모 기능성 물질을 갖는 필름 형성 용액을 본원에서 논의된 바와 같이 제조하였다 (실시예 1의 나노-도메인 0.2 g 또는 소규모 기능성 물질을 톨루엔 90 g, 디부틸 말레에이트 9.4 g 및 BYK-320 0.2 g에 현탁시킴). 2개의 필름 형성 용액 각각을 사용하여 필름 형성 용액 5 ml 샘플을 3,000 RPM으로 90초 동안 회전하는 직경 10.16 cm의 규소 웨이퍼의 표면 상에 붓는 스핀 코팅 공정에 의해 필름을 형성하였다. 필름을 실온에서 건조시켰으며, 두께는 약 2 내지 약 7 마이크로미터였다.
실시예 1의 나노-도메인으로 형성된 필름 (침윤된 액정 물질이 없음)은 메트리콘 2010 프리즘 커플러(Metricon 2010 Prism coupler)에 의해 측정시 632.8 nm에서 1.4753의 굴절률을 가졌다. 리크리스탈(등록상표) E44 22 중량％로 침윤되고 실시예 1의 나노-도메인을 갖는 소규모 기능성 물질로 형성된 필름은 메트리콘 2010 프리즘 커플러로 측정시 632.8 nm에서 1.5124의 굴절률을 가졌다. 이러한 굴절률 데이터는 액정 물질의 굴절률의 영향을 소규모 기능성 물질로 형성된 필름의 광학 특징으로 표현할 수 있다는 것을 시사하였다.
실시예 1의 나노-도메인 (침윤된 액정 물질 없음)으로 형성된 필름과 비교하여, 리크리스탈(등록상표) E44 22 중량％로 침윤된 실시예 1의 나노-도메인을 갖는 소규모 기능성 물질로 형성된 필름은 0.037의 굴절률 변화를 생성하였으며, 약 185 nm의 상당한 위상 지연 효과를 제공하였다. 또한, 이러한 효과는 필름의 두께를 조정함으로써 증대 (또는 용도에 따라 조정)될 수 있으며, 예를 들어, 상기 논의된 나노-도메인 및 소규모 기능성 물질로 형성된 두께 23 μm의 필름은 851 nm의 위상 지연 효과를 생성할 수 있다. 이러한 유형의 성능은 액정 디스플레이 산업의 상당 부분의 응용 요구를 위해 제공될 수 있다.
액정으로 침윤된 소규모 기능성 물질의 성능 범위
위상 보상 필름은 보통 그의 두께 (d = 필름 두께) 및 복굴절률 (Δn = 필름 복굴절률, 여기서, Δn*d = c(λ) * 위상 보상, λ = 파장, c(λ) = λ/(2*π)) 및 필름에 사용된 굴절률 타원체의 크기 및 형상에 의해 규정된다. 위상 보상 필름에 대한 성능을 미터법으로 표현하기 위한 Δn*d의 일반적인 사용은 파장 의존성 뿐만 아니라, 1/(2*π)의 인자를 제거하였다.
본 개시물의 소규모 기능성 물질로 형성된 필름의 복굴절률은 액정의 복굴절률 및 나노-도메인 중 액정 물질의 양 (예를 들어, 중량 분율)에 의해 제어될 것이다. 액정 물질에 고유한 복굴절률의 범위는 Dn = 0.02 내지 0.5이며, 액정 물질은 계속 개선되고, 다수의 상이한 유형을 가질 것이다.
본원에서 논의된 바와 같은 나노-도메인에 침윤된 액정 물질의 양의 범위는 약 10 중량％ 내지 약 20 중량％ 범위이지만, 약 60 중량％ 만큼 많을 수도 있다. 또한, 필름의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm로 변할 수 있지만, 약 0.3 μm 만큼 얇고, 약 150 μm 만큼 두꺼울 수 있다. 이러한 파라미터는 높은 투명성 (90％ 이상) 및 매우 낮은 헤이즈 (2％ 미만)를 갖는 위상 보상 필름을 허용한다.
이러한 한계내에서, 본 개시물의 위상 보상 필름은 2 내지 1,500 nm 범위의 Δn*d의 특징을 가질 수 있다. 가장 실용적인 값은 보상되는 LCD의 위상 지연의 일부 분율이며, 전형적으로 약 10 내지 약 600 nm이다. 또한, 각각, 예를 들어 상이한 액정 물질, 두께 및/또는 소정의 굴절률 타원체를 갖는 2개 이상의 층을 갖는 필름이 특정 디스플레이 유형 (예를 들어, ASV (어드밴스드 슈퍼 뷰(Advanced Super View)), 쌍안정 네마틱 (BiNem), 콜레스테릭 (또는 키랄 네마틱), ECB (전기적으로 제어된 복굴절), FLCD (강유전성 액정 디스플레이), GH (게스트 호스트(Guest Host)), IPS (평면내-스위칭), LCoS (규소 상 액정), MVA (멀티-도메인 수직 정렬(Multi-domain Vertical Alignment)), PDLC (중합체 분산된 액정), OCB (광학 보상 벤드(Optically Compensated Bend)), PVA (패턴화된 수직 정렬), STN (슈퍼 트위스트형 네마틱), TN (트위스트형 네마틱) 및 반투과반사 모드 디스플레이)에 유리할 것이라는 점을 이해하여야 한다.
따라서, 본 개시물의 소규모 기능성 물질이 LCD 산업에서 광학 용품을 위한 상업적 가치의 의미에서의 성능 요구를 다룰 수 있다.
소정의 굴절률 타원체의 제어
본 개시물의 실시양태는, 어두운 상태, 콘트라스트 비, 색 보정 및 시야각 요건에 대해 고유의 액정 셀 디자인을 조정하고자 하는 요구로 인하여, LCD 산업에서 특히 유용할 수 있다. 굴절률 타원체의 크기, 형상 (예를 들어, 유형) 및 경사에 대한 제어를 제공하는 능력은 위상 보상 필름에서 바람직한 특성일 수 있다. 본 개시물의 위상 보상 필름은, 나노-도메인내 액정 유형 및 양의 가변성과 함께 소규모 기능성 물질의 고유한 유연성, 그의 조성 및 그의 가교 밀도로 인하여, 액정 물질로 침윤된 굴절률 타원체의 크기, 형상 (예를 들어, 유형) 및 경사에 대한 제어를 제공할 수 있다.
표 7은 본원에 제공된 나노-도메인 및 소규모 기능성 물질로부터 제조된 굴절률 타원체의 실시예를 제공한다. 실시예 각각에 대한 필름 형성 용액은 본원에서 논의된 바와 같이 제조하였다 (0.2 g의 실시예 1의 나노-도메인 또는 소규모 기능성 물질을 톨루엔 90 g, 디부틸 말레에이트 9.4 g 및 BYK-320 0.2 g에 현탁시킴). 각각의 필름 형성 용액을 사용하여 상기 논의된 바와 같은 스핀 코팅 방법에 의해 필름을 형성하였다. 메트리콘 2010 프리즘 커플러를 사용하여 필름 형성에 사용된 생성된 나노-도메인 및 소규모 기능성 물질 각각에 대한 타원체의 굴절률 값을 측정하였다. 표 7 중 실시예의 나노-도메인 각각은 부피 평균 직경이 30 nm이었다.
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본원에 인용된 모든 특허, 가특허 출원을 포함하는 특허 출원, 공보 및 전자적으로 입수가능한 자료 또는 문헌의 완전한 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다. 상기 상세한 기재 및 실시예는 단지 이해의 명확성을 위하여 제공되었다. 그로부터 어떠한 불필요한 제한도 의도하지 않음을 이해하여야 한다. 본 개시물의 실시양태는 도시되고 기재된 정확한 상세 사항에 제한되지 않으며, 다수의 변화가 당업자에게 명백할 것이고, 특허청구범위에 의해 한정된 개시물내에 포함된다.

Claims (29)

  1. 가시광 파장의 4분의 1 이하의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인; 및
    위상 보상 필름에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질
    을 포함하는 위상 보상 필름.
  2. 제1항에 있어서, 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질이 액정 디스플레이의 픽셀에 대한 위상 보상 값을 제공하는 것인 위상 보상 필름.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액정 디스플레이의 픽셀 상에 분사 인쇄(ejection printing)된 위상 보상 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가교 중합체 도메인이, 위상 보상 필름이 액정 디스플레이의 픽셀의 광학 성능에 대해 보상하도록 하는 소정의 굴절률 타원체(index ellipsoid)를 갖는 것인 위상 보상 필름.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 침윤된 액정 물질을 갖는 나노-도메인이 다양한 농도로 위상 보상 필름에 공간 분산되어 위상 보상 필름의 두께를 가로질러 굴절률의 구배를 생성한 것인 위상 보상 필름.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 나노-도메인 및 액정 물질이 제1 픽셀, 제2 픽셀 및 제3 픽셀 각각에 대해 픽셀 수준으로 개별 위상 보상 값을 제공하고, 여기서 제1, 제2 및 제3 픽셀 각각은 액정 디스플레이를 위해 상이한 색을 제공하는 것인 위상 보상 필름.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 나노-도메인을 포함하는 2개 이상의 층을 포함하며, 여기서 실질적으로 각각의 층의 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 나노-도메인을 포함하는 다른 층과 상이한 내부 복굴절률을 갖는 것인 위상 보상 필름.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질이 2개 이상의 층의 각각에서 상이한 것인 위상 보상 필름.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질이 2개 이상의 층의 각각에서 상이한 액정 물질로 침윤된 나노-도메인의 가교 중합체 도메인의 중량 백분율을 갖는 것인 위상 보상 필름.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 나노-도메인의 가교 중합체 도메인이 포지티브(Positive) A-플레이트, 네거티브(Negative) A-플레이트, 포지티브 C-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 포지티브 사선 유형, 네거티브 사선 유형, 2축 X-Y 광학 축, 2축 네거티브 X-Z 광학 축 및 2축 포지티브 Y-Z 광학 축의 군으로부터 선택된 소정의 굴절률 타원체를 형성할 수 있는 것인 위상 보상 필름.
  11. 5 nm 내지 175 nm의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인;
    실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질; 및
    실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 액정 물질을 갖는 나노-도메인을 현탁시키는 액체 매질
    을 포함하는 필름 형성 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 열 젯팅(jetting), 연속 젯팅, 피에조 젯팅, 분무 코팅 및 잉크 젯 인쇄 중 적어도 하나에서 사용되는 소정값의 점도를 갖는 조성물.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 액정 디스플레이를 위한 픽셀의 크기 규모로 적용될 수 있는 조성물.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 나노-도메인의 가교 중합체 도메인이 포지티브 A-플레이트, 네거티브 A-플레이트, 포지티브 C-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 포지티브 사선 유형, 네거티브 사선 유형, 2축 X-Y 광학 축, 2축 네거티브 X-Z 광학 축 및 2축 포지티브 Y-Z 광학 축의 군으로부터 선택된 소정의 굴절률 타원체를 형성할 수 있는 것인 조성물.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질이 2 nm 내지 1500 nm 범위의 위상 보상 값을 제공하는 것인 조성물.
  16. 필름 형성 조성물을 기재에 적용하는 단계를 포함하며, 상기 필름 형성 조성물은
    각각 5 nm 내지 175 nm의 최대 치수를 갖는 가교 중합체 도메인을 갖는 나노-도메인;
    위상 보상 필름에 대한 위상 보상 값을 제공하기 위하여 실질적으로 나노-도메인의 가교 중합체 도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질; 및
    액정 물질로 침윤된 나노-도메인을 현탁시키는 액체 매질
    을 포함하는 것인, 위상 보상 필름의 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 필름 형성 조성물을 기재에 적용하는 단계가 필름 형성 조성물을 액정 디스플레이의 픽셀에 적용하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 필름 형성 조성물의 적용이 분무 코팅, 잉크 젯 인쇄, 필름 캐스팅, 열 젯팅, 연속 젯팅 및 피에조 젯팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 표면 코팅 기술을 통해 수행되는 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 필름 형성 조성물을 적용하는 단계가 제1 소정 액정 물질을 갖는 필름 형성 조성물을 액정 디스플레이의 제1 픽셀에 적용하는 단계; 및
    제2 소정 액정 물질을 갖는 필름 형성 조성물을 액정 디스플레이의 제2 픽셀에 적용하는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 필름 형성 조성물을 액정 디스플레이의 개별 픽셀에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 위상 보상 값을 갖는 필름 형성 조성물을 액정 디스플레이 중 개별 픽셀에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 필름 형성 조성물을 전기적으로 폴링(poling)시켜 액정 물질의 비평면(out-of-plane) 정렬을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 액정 물질을 갖는 필름 형성 조성물의 위상 지연 값 및 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질의 중량 백분율을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 필름 형성 조성물을 적용하는 단계가 필름 형성 조성물의 다중 층을 침착시키는 단계를 포함하며, 여기서 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 다중 층 각각에서 상이하고/하거나 실질적으로 나노-도메인 전체에 걸쳐 침윤된 액정 물질은 2개 이상의 층의 각각에서 상이한 액정 물질로 침윤된 나노-도메인의 가교 중합체 도메인의 중량 백분율을 갖는 것인 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 디스플레이의 픽셀의 굴절률 값을 필름 형성 조성물의 굴절률과 매칭(matching)시키는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 디스플레이의 픽셀의 위상 보상 요건을 위상 보상 필름의 위상 보상 능력에 매칭시키는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 포지티브 A-플레이트, 네거티브 A-플레이트, 포지티브 C-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 포지티브 사선 유형, 네거티브 사선 유형, 2축 X-Y 광학 축, 2축 네거티브 X-Z 광학 축 및 2축 포지티브 Y-Z 광학 축의 군으로부터 선택된, 액정 디스플레이 셀을 위한 가교 중합체 도메인으로부터 소정의 굴절률 타원체를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 가교 중합체 도메인이 메틸 메타크릴레이트 (MMA), 부틸 아크릴레이트, 스티렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체로부터 형성된 것인 방법.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 필름.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101506328B1 (ko) * 2011-10-28 2015-03-27 이미지랩(주) 나노 액정층을 구비하는 횡전계 방식 액정표시소자

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100112592A (ko) * 2007-12-28 2010-10-19 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. 소규모 기능성 물질
JP5753796B2 (ja) * 2009-02-23 2015-07-22 イサム・リサーチ・デベロツプメント・カンパニー・オブ・ザ・ヘブルー・ユニバーシテイ・オブ・エルサレム・リミテッド 光学ディスプレイデバイスおよびその方法
KR101379330B1 (ko) * 2012-08-20 2014-04-04 부산대학교 산학협력단 수평전기장 방식 액정표시장치 및 그 제조방법
US10213999B1 (en) * 2013-05-13 2019-02-26 Rockwell Collins, Inc. Systems and methods for roll to roll laminations
CN108351546A (zh) 2015-06-30 2018-07-31 哥兹有限公司 用于显示投影屏幕的改进的聚合物分散液晶（pdlc）
US10394080B2 (en) * 2017-12-28 2019-08-27 Industrial Technology Research Institute Wideband compensation stack film and optical element using the same
CN114005369B (zh) * 2021-11-10 2023-05-02 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 一种用于补偿纳米粒子薄膜的厚度的补偿方法及显示面板

Family Cites Families (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4685771A (en) * 1985-09-17 1987-08-11 West John L Liquid crystal display material comprising a liquid crystal dispersion in a thermoplastic resin
EP0471036B2 (en) * 1989-05-04 2004-06-23 Southern Research Institute Encapsulation process
US5360834A (en) * 1989-08-01 1994-11-01 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Process for photoinitiated control of inorganic network formation in the sol-gel process
JP2934071B2 (ja) * 1991-08-28 1999-08-16 花王株式会社 高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法
DE4133621A1 (de) * 1991-10-10 1993-04-22 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Nanoskalige teilchen enthaltende kompositmaterialien, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung fuer optische elemente
JP2640083B2 (ja) * 1993-09-22 1997-08-13 富士写真フイルム株式会社 光学補償シート及びそれを用いた液晶表示装置
US5638197A (en) * 1994-04-04 1997-06-10 Rockwell International Corp. Inorganic thin film compensator for improved gray scale performance in twisted nematic liquid crystal displays and method of making
KR100267894B1 (ko) * 1994-05-31 2000-10-16 무네유키 가코우 광학 보상 시이트 및 액정 디스플레이
DE69626932T2 (de) * 1995-11-17 2003-12-24 Fuji Photo Film Co Ltd Flüssigkristallanzeige mit gekrümmter Ausrichtung
DE19613645A1 (de) * 1996-04-04 1997-10-09 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Optische Bauteile mit Gradientenstruktur und Verfahren zu deren Herstellung
GB9608636D0 (en) * 1996-04-25 1996-07-03 Secr Defence A tuneable filter
US5777433A (en) * 1996-07-11 1998-07-07 Hewlett-Packard Company High refractive index package material and a light emitting device encapsulated with such material
US6821457B1 (en) * 1998-07-29 2004-11-23 Science Applications International Corporation Electrically switchable polymer-dispersed liquid crystal materials including switchable optical couplers and reconfigurable optical interconnects
US6867888B2 (en) * 1996-07-12 2005-03-15 Science Applications International Corporation Switchable polymer-dispersed liquid crystal optical elements
US6180389B1 (en) * 1997-01-03 2001-01-30 The Research And Development Institute, Inc. Virion-constrained nanoparticles comprising a plant virion coat protein shell and encapsulated guest molecules
US6322901B1 (en) * 1997-11-13 2001-11-27 Massachusetts Institute Of Technology Highly luminescent color-selective nano-crystalline materials
EP0934773B1 (en) * 1998-02-06 2004-02-04 Seiwa Kasei Co., Ltd. Microcapsule having a specific wall and method for producing the same
US6565974B1 (en) * 1998-10-30 2003-05-20 Teijin Limited Retardation film and optical device employing it
DE19852928C1 (de) * 1998-11-17 2000-08-03 Steffen Panzner Strukturen in Form von Hohlkugeln
CN1325560C (zh) * 1998-11-24 2007-07-11 陶氏环球技术公司 含可交联基质前体和致孔剂的组合物及由此组合物制成的多孔性基质
US6166610A (en) * 1999-02-22 2000-12-26 Hughes Electronics Corporation Integrated reconfigurable polarizer
US20020031782A1 (en) * 1999-06-30 2002-03-14 Waterman Michael R. Mycobacterium tuberculosis CYP51 high resolution structure, polypeptides and nucleic acids, and therapeutic and screening methods relating to same
US7060200B1 (en) * 1999-09-03 2006-06-13 Merck Patent Gmbh Multireactive polymerizable mesogenic compounds
JP4433526B2 (ja) * 1999-10-07 2010-03-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 液晶性高分子水系分散物の製造方法、液晶性高分子水系分散物、光学素子の製造方法及び光学素子
TWI300856B (ko) * 1999-10-21 2008-09-11 Konica Minolta Opto Inc
KR100752090B1 (ko) * 1999-11-22 2007-08-28 후지필름 가부시키가이샤 시이트 편광체, 광학 필름, 액정 디스플레이 및 시이트편광체의 제조방법
US6602932B2 (en) * 1999-12-15 2003-08-05 North Carolina State University Nanoparticle composites and nanocapsules for guest encapsulation and methods for synthesizing same
US6632671B2 (en) * 2000-02-28 2003-10-14 Genesegues, Inc. Nanoparticle encapsulation system and method
US6337018B1 (en) * 2000-04-17 2002-01-08 The Dow Chemical Company Composite membrane and method for making the same
DE10021886A1 (de) * 2000-05-05 2001-11-15 Basell Polyolefine Gmbh Verfahren zum Herstellen von Phillips-Katalysatoren für die Polymerisation von Olefinen mit verbesserten Produktivitäten im Paricle-Form-Verfahren
EP1160617B1 (en) * 2000-05-31 2004-10-13 Sony Corporation Liquid crystal display projector with improved contrast
US6738119B2 (en) * 2000-09-30 2004-05-18 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Liquid crystal display and method for manufacturing the same
EP1195417B1 (de) * 2000-10-05 2009-10-14 Evonik Degussa GmbH Siliciumorganische Nanokapseln
KR100852224B1 (ko) * 2000-12-28 2008-08-13 하야시 텔렘프 가부시끼가이샤 위상차 필름 및 그 제조 방법
US20020192397A1 (en) * 2001-02-20 2002-12-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Polarizing plate protection film
US6539161B2 (en) * 2001-03-16 2003-03-25 Adc Telecommunications, Inc. Cable routing clip
US6816261B2 (en) * 2001-05-15 2004-11-09 Optellios, Inc. Polarization analysis unit, calibration method and optimization therefor
US7049004B2 (en) * 2001-06-18 2006-05-23 Aegis Semiconductor, Inc. Index tunable thin film interference coatings
US6714305B2 (en) * 2001-07-26 2004-03-30 Agilent Technologies, Inc. Tunable fabry-perot cavity filter and method for making and using the filter
US20030057595A1 (en) * 2001-08-13 2003-03-27 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solvent casting process, polarizing plate protective film, optically functional film and polarizing plate
US7666661B2 (en) * 2001-08-27 2010-02-23 Platypus Technologies, Llc Substrates, devices, and methods for quantitative liquid crystal assays
WO2003050597A2 (en) * 2001-12-06 2003-06-19 Chiral Photonics, Inc. Chiral in-fiber adjustable polarizer apparatus and method
DE10200648A1 (de) * 2002-01-10 2003-07-24 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Verfahren zur Herstellung Optischer Elemente mit Gradientenstruktur
US20030162890A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-28 Kalantar Thomas H. Nanoscale polymerized hydrocarbon particles and methods of making and using such particles
US20040109114A1 (en) * 2002-08-07 2004-06-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Retarder and circular polarizer
WO2004015464A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Retarder and circular polarizer
JP2004106420A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Fuji Photo Film Co Ltd セルロースエステルフイルム及びその製造方法
EP1563514A1 (en) * 2002-10-04 2005-08-17 Rensselaer Polytechnic Institute Nanometric composites as improved dielectric structures
US6717362B1 (en) * 2002-11-14 2004-04-06 Agilent Technologies, Inc. Light emitting diode with gradient index layering
JP2004212468A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Fuji Photo Film Co Ltd 位相差補償素子及び単板式カラー液晶プロジェクタ
US6965474B2 (en) * 2003-02-12 2005-11-15 3M Innovative Properties Company Polymeric optical film
US7175889B2 (en) * 2003-03-17 2007-02-13 Fuji Photo Film Co., Ltd. Retardation film and compound
JP2004294605A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Fujitsu Display Technologies Corp 液晶パネル
KR100982927B1 (ko) * 2003-03-28 2010-09-20 후지필름 가부시키가이샤 액정표시장치
US7282091B2 (en) * 2003-06-04 2007-10-16 Fujifilm Corporation Cellulose acylate-based dope, cellulose acylate film, and method of producing a cellulose acylate film
US20040253442A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Ervin Mubarekyan Method of forming a nanoporous film and compositions useful in such methods
JP4082683B2 (ja) * 2003-09-29 2008-04-30 株式会社 日立ディスプレイズ 半透過型液晶表示装置
US20080246894A1 (en) * 2004-01-12 2008-10-09 Securency Pty Limited Security Document Incorporating Optical Component
FR2867195A1 (fr) * 2004-03-04 2005-09-09 Optogone Sa Compose a base de cristaux liquides pour la realisation de composants optoelectroniques et procede de fabrication correspondant
JP2005301227A (ja) * 2004-03-17 2005-10-27 Fuji Photo Film Co Ltd 位相差膜、その製造方法およびそれを用いた液晶表示装置
US20060004192A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-05 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of preparing a cellulose acylate, cellulose acylate film, polarizing plate, and liquid crystal display device
US20060105115A1 (en) * 2004-11-16 2006-05-18 Keiji Kashima Retardation film and method for producing the same, optical functional film, polarizing film, and display device
KR100716990B1 (ko) * 2005-01-05 2007-05-14 삼성전자주식회사 수차 보정용 액정소자 및 이를 구비한 광픽업 및 광 기록및/또는 재생기기
US7733458B2 (en) * 2006-01-26 2010-06-08 Industrial Technology Research Institute Method for manufacturing an electro-optic device and electro-optic device, and article therefor
JP2007304559A (ja) * 2006-04-14 2007-11-22 Konica Minolta Opto Inc 偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101506328B1 (ko) * 2011-10-28 2015-03-27 이미지랩(주) 나노 액정층을 구비하는 횡전계 방식 액정표시소자

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