KR20120091317A - 액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

블루상을 나타내는 액정 재료와, 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛 및, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 구조를 갖고, 상기 액정 재료를 보유하는 고분자와, 상기 액정 재료의 간극에 존재해서 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL/POLYMER COMPOSITE, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME, AND METHOD FOR PRODUCING LIQUID CRYSTAL/POLYMER COMPOSITE}
본 발명은 액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 IPS(in-plane switching) 모드, VA(vertically aligned) 모드 및 OCB(optically compensated bend) 모드 등의 표시 모드를 채용하면, 빠른 응답 속도를 달성할 수 있다. 더욱 응답 속도를 빠르게 하기 위해서 커 효과를 나타내는 액정층을 사용한 액정 표시 장치가 알려져 있다. 커 효과란 투명한 등방적 매질의 굴절률이 외부 전기장의 2승에 비례한 이방성을 나타내는 효과이다. 커 효과를 나타내는 액정층은 액정 분자의 상관 길이(배향 질서의 영향도)가 짧기 때문에, 수밀리초 이하의 고속의 전기장 응답을 나타내, 빠른 응답 속도가 얻어진다. 커 효과를 나타내는 액정상으로서, 콜레스테릭 블루상(간단히 블루상이라고도 불림), 스멕틱 블루상, 의사 등방상 등이 알려져 있다.
특허문헌 1에는 액정 재료에 덴드론을 첨가함으로써, 액정 재료가 블루상을 나타내는 온도 범위가 10.9℃(온도 약 12℃ 내지 23℃)로, 덴드론을 첨가하지 않은 경우보다도 블루상을 나타내는 온도 범위가 확대된 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 그러나, 실용화를 위해서는 보다 넓은 온도 범위에서 블루상을 나타내는 액정 재료가 요구되고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 제2008-201682호 공보
본 발명은 블루상을 나타내는 온도 범위가 넓은 액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 액정/고분자 복합체는 블루상을 나타내는 액정 재료와, 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛 및, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 구조를 갖고, 상기 액정 재료를 보유하는 고분자와, 상기 액정 재료의 간극에 존재해서 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과 대향하는 대향 기판과,
블루상을 나타내는 액정 재료와 상기 액정 재료를 보유하는 고분자와 상기 액정 재료의 간극에 존재해서 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 갖는 액정/고분자 복합체를 갖고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판과의 사이에 보유되는 액정층과, 상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하고, 상기 고분자는 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛과, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정/고분자 복합체의 제조 방법은 액정 재료와, 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛 및, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 단량체와, 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 혼합시키는 공정과, 혼합시킨 상기 액정 재료와 상기 덴드리머형 단량체와 상기 키랄제를 상기 액정 재료가 블루상을 나타내는 온도에서 보유하는 공정과 상기 덴드리머형 단량체를 중합시켜서 고분자를 생성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 블루상이 안정되게 존재할 수 있는 온도 범위가 넓은 액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 액정 표시 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2b는 고분자를 경화시킨 후의 액정층을 도시하는 모식도이다.
도 2c는 고분자를 경화시키기 전의 액정층을 도시하는 모식도이다.
도 3a는 덴드리머형 단량체를 사용한 고분자의 단위 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3b는 덴드리머형 단량체와 쇄형 단량체를 사용한 고분자의 단위 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 덴드리머형 단량체 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 덴드리머형 단량체 구조의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 덴드리머형 단량체 구조의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 액정성 단량체를 도시하는 도면이다.
도 8은 비교예에 관한 액정성 단량체를 도시하는 도면이다.
도 9는 비교예에 관한 덴드리머형 단량체를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시의 일 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 동일한 구성에는 모든 도면을 통해서 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시 형태에 있어서는 액정층에 포함되는 액정 재료는 블루상을 나타내는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 2종류 이상의 액정 재료를 사용해도 되고, 액정상에 액정 재료 이외의 물질을 포함하고 있어도 된다. 액정 재료는 콜레스테릭 액정 또는 키랄 네마틱 액정(이하, 콜레스테릭 액정이라 총칭함), 네마틱 액정과 콜레스테릭 액정의 혼합물이나, 네마틱 액정과 광학 활성 물질의 혼합물 등을 그 액정 재료에 특유한 온도 범위 내로 하면 블루상으로 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시의 일 형태인 액정 표시 장치의 개략도이다. 액정 표시 장치(1)는 화소나 배선(도시하지 않음)이 어레이 형상으로 형성된 어레이 기판(10)과, 소정의 간격으로 어레이 기판(10)과 대향하여, 대향 전극을 갖는 대향 기판(20)과, 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 사이에 보유되어, 블루상을 나타내는 액정 재료와 고분자로 형성된 액정층(30)과, 어레이 기판(10)에 설치된 전극(105a), 대향 기판(20)에 설치된 전극(105b)(도 2에 도시함)을 구비한다. 어레이 기판(10)에는 복수의 화소가 형성되어 있고, 배선은 액정 표시 장치를 구동하기 위한 구동 회로(도시하지 않음)와 각 화소를 접속하여, 전압을 각 화소에 공급한다.
액정 재료가 블루상을 나타내는 온도 범위는 액정 재료에 따라 다르다. 액정 재료가 블루상을 나타내는 것은 액정 재료에 전압을 인가하여, 복굴절이나 복굴절의 파생량인 광학 리타데이션이 인가한 전압의 2승에 비례하는 것(커 효과)으로부터 확인할 수 있다.
어레이 기판(10) 및 대향 기판(20)으로서는 충분한 강도와 절연성을 가지며, 투명성을 갖는 것으로 하고, 예를 들어 유리를 사용한다. 이 밖에 플라스틱, 세라믹 등을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 도 2a는 도 1의 액정 표시 장치를 AA선으로 절단한 단면도이다. 어레이 기판(10)의 액정층(30)측의 일주면에는 화소에 대응해서 배치된 화소 전극(105a)이 배치되어 있다. 대향 기판(20)의 액정층(30)측의 일주면에는 대향 전극(105b)이 공통 전극으로서 배치되어 있다.
화소 전극(105a) 표면에는 절연성 박막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)과의 사이의 거리가 보다 정확하게 소정의 간격으로 보유되도록, 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 사이에 스페이서(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
도 2b에 액정층의 일부를 확대한 사시도를 도시하였다. 액정층(30)은 도시한 바와 같이, 액정층(30)은 액정 재료(40a), 고분자(40b) 및 키랄제(40e)를 포함한다. 고분자(40b)가 중합되기 전의 모습을 도 2c에 도시하였다. 중합 전에 있어서는 고분자(40b) 대신에 전구체(40d) 및 중합 개시제(40c)를 포함하고 있다. 중합 개시제(40c)에 의해 전구체(40d)를 중합시킴으로써 고분자(40b)를 얻을 수 있다.
<액정 재료>
액정 재료(40a)에 사용되는 액정 분자는 나선 형상으로 배열되어 액정 분자 실린더(40a)를 형성하고 있다. 복수의 액정 분자 실린더(40a)끼리는 격자(40)를 형성하고 있어, 액정 분자 실린더(40a)를 거시적으로 관찰하면, 나선 형상으로 배치되어 있다. 액정 분자가 나선 형상으로 배열되어 액정 분자 실린더(40a)를 형성하고, 액정 분자 실린더(40a)가 나선 형상으로 배치되어 있는 것은 액정층이 블루상을 나타내는 것을 보여주는 특징이다.
전구체(40d)와 중합 개시제(40c)와 키랄제(40e)는 복수의 액정 분자 실린더(40a)의 간극에 위치한다.
<고분자>
고분자(40a)는 덴드리머형 구조를 가지며, 그 일례를 도 3a에 도시하였다. 이 고분자는 덴드리머형 구조(501)를 반복 단위로서 중합한 고분자(40a)이다. n은 반복 단위가 반복되는 횟수를 표현하는 정수이며 통상 2 내지 20 정도인 것을 사용한다. 덴드리머형 구조(501)는 탄소 또는 산소 등을 중심 원자로 하고, 중심 원자가 2 이상의 결합을 갖고, 중심 원자로부터 방사선 형상(나무 형상)으로 분지한 골격 구조를 가진다. 또한, 본 실시 형태에서 사용하는 덴드리머형 구조(501)에 있어서의, 중심 원자로부터 방사 형상의 골격의 말단(방사 형상의 가장 외측)의 원자까지의 결합의 수를 표현하는 차수는 2 이상이다.
덴드리머형 구조(501)는 전체적으로 구 형상이며, 덴드리머 유닛(50a)과, 덴드리머 유닛(50a)을 덮는 중합 유닛(50b)으로 구성된다. 중합 유닛은 다른 분자의 중합 유닛과 중합한다. 덴드리머형 구조(510)의 분자량은 약 2000 이상이다.
도 3b에 고분자(40a)의 변형예를 도시하였다. 도시한 바와 같이, 고분자는 덴드리머형 구조(501)만으로 구성되는 것에 한정되지 않고, 비덴드리머형 구조(601)를 포함해도 된다. 비덴드리머형 구조(601)는 액정성 또는 액정성을 나타내지 않더라도 액정 재료와 상호 작용하는 메소겐기를 분자 내에 갖는 구조가 바람직하고, 예를 들어 직쇄상의 구조를 들 수 있다. 메소겐기는 액정 분자가 액정성을 나타내는 것을 돕는 작용을 한다. 도 3b에 있어서는 덴드리머형 구조(501)와 비덴드리머형 구조(601)가 1대1로 중합된 것을 반복 단위로 한 고분자를 도시하였다. 덴드리머형 구조(501)의 중합 유닛(50b)이 비덴드리머형 구조(601)와 중합한다.
<전구체>
고분자(40a)는 전구체(40d)를 중합시킴으로써 얻는다. 도 3a에 도시한 바와 같은 덴드리머형 구조(501)만으로 구성되는 고분자(40b)의 전구체로는 덴드리머형 단량체(50)(도 4)를 사용한다. 덴드리머형 단량체(50)는 탄소 등을 중심 원자로 하여 2 이상의 차수의 결합을 갖고, 중심 원자로부터 방사선 형상으로 분지한 골격 구조를 가진다. 덴드리머형 단량체(50)는 전체적으로 구 형상이며, 덴드리머 유닛(50a)과, 덴드리머 유닛(50a)을 덮는 중합 유닛(50b)으로 구성된다. 중합 유닛은 다른 분자의 중합 유닛과 중합한다. 덴드리머형 유닛(50a)은 직경이 1 내지 10nm 정도인 것이 바람직하다. 직경이 이 범위에 있으면, 액체로 존재하기 쉬우므로 액정 재료와 혼합하기 쉽다.
도 3b에 도시한 바와 같은 덴드리머형 구조(501)와 비덴드리머형 구조(601)로 구성되는 고분자(40b)의 전구체로서는 상술한 덴드리머형 단량체(50) 외에, 액정성 단량체나 액정성 올리고머 또는 액정성을 나타내지 않더라도 액정 재료와 상호 작용하는 메소겐기를 분자 내에 갖는 단량체와 병용해도 된다. 덴드리머형 단량체(50)와 함께 사용하는 이들을 비덴드리머형 단량체라 칭한다. 도 3b와 같이, 덴드리머형 구조(501)와 비덴드리머형 구조(601)가 1대1로 결합한 고분자(40b)를 제조하기 위해서는 몰수 1대1의 비율의 덴드리머형 단량체(50)와 비덴드리머형 단량체와, 중합 개시제(40c)를 혼합시켜서 얻는다.
이러한 전구체(40d)를 포함하는 도 2c와 같은 액정층(30)에 광 조사, 혹은 가열 등을 하면, 전구체(40d)와 중합 개시제(40c)가 중합(고분자화, 중합체화)해서 쇄상의 고분자(40b)가 형성된다. 고분자(40b)에 의해, 액정 분자 실린더(40a)의 입체 구조가 보유된다.
중합하기 전에는 액정 분자 실린더(40a)의 결함에 전구체(40d)가 국재화하고 있지만, 전구체(40d)끼리가 중합하면, 액정 분자 실린더(40a)끼리의 간극에 고분자(40b)가 형성되므로, 고분자(40b)가 주형과 같이 되어 액정 분자 실린더(40a)의 배치를 그대로 보유한다.
덴드리머형 단량체(50)는 액정 재료에 불용이면 특별히 재료적으로 한정되는 것은 아니다.
덴드리머 유닛(50a)은 중합기를 다수 가지므로, 중합기를 가지는 다른 분자와 접근하기 쉽다. 특히 덴드리머 유닛(50a)의 결합의 분지의 차수가 2 내지 5의 범위 내이면, 중합기끼리의 간격이 반데르발스력이 작용하는 것보다도 작은 거리인 2 옹스트롬 이내로 되어, 중합이 급속하게 진행되어 미중합된 덴드리머형 유닛(50)이 발생할 우려가 적다. 따라서, 고분자(40b)가 액정층(30) 내에 균일하게 형성되므로, 액정 분자 실린더(40a)의 배치를 보유할 수 있다. 또한, 미중합된 덴드리머형 단량체(50)가 액정층(30) 중에 있으면, 액정층(30)의 점도가 상승해서 구동 전압에 대한 응답이 느려지는 경우가 있지만, 분지의 차수가 2 내지 5인 덴드리머형 유닛을 사용하면 이것을 방지할 수 있다.
한편, 비덴드리머형 단량체끼리는 반데르발스력이 작용하기 때문에 단량체끼리가 접근하지 않고, 단량체끼리의 간격이 3 내지 6 옹스트롬으로 넓다. 또한, 산소 등의 중합을 저해하는 인자와 접촉할 확률이 증가한다. 따라서, 직쇄상의 단량체는 중합하기 어려워, 중합 불량이 발생할 우려가 있다.
또한, 덴드리머형 단량체(50)는 중합할 때의 수축이 작은 점에서, 액정 분자 실린더가 형성하는 격자(40)를 왜곡시킬 우려가 적다.
이와 같이, 덴드리머형 구조(501)를 갖는 고분자(40b)는 중합 불량이 발생하기 어려우므로, 액정층(30)을 블루상을 나타낸 상태에서 안정적으로 보유할 수 있다.
<액정층 중의 고분자의 비율>
액정층(30)에 포함되는 고분자(40b)의 비율은 5％ 내지 15％의 범위 내가 바람직하다. 액정층(30) 중의 고분자(40b)의 비율이 5％ 미만인 경우, 블루상을 나타내는 구조를 보유하는 고분자가 부족해서 부분적으로 콜레스테릭층이 발생할 우려가 있다. 또한 액정층(30) 중의 고분자(40b)의 비율이 15％를 초과하면, 명 표시 시의 광의 투과율이 우려가 있다. 또한, 고분자(40b)에 의해 액정 분자의 움직임이 방해받기 때문에, 액정에 인가하는 구동 전압을 높게 할 필요가 있는 경우가 있다.
<덴드리머형 단량체와 비덴드리머형 단량체의 비율>
전구체(40d)로서 덴드리머형 단량체(50)와 비덴드리머형 단량체를 병용하는 경우의 덴드리머형 단량체(50)와 비덴드리머형 단량체는 중량비 약 1:1로 사용하는 것이 바람직하다. 덴드리머형 단량체(50)가 너무 많으면 액정과 균일하게 혼합시키는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
<덴드리머형 단량체의 크기>
덴드리머형 단량체(50)는 직경이 1 내지 10nm 정도인 것이 바람직하다. 직경이 너무 크면, 즉 분자량이 너무 크면, 점성이 증가해 액정과 균일하게 혼합시키는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 분자량이 작으면, 액정 분자 실린더를 보유할 수 있는 길이의 고분자(40b)를 얻기 위해서, 덴드리머형 단량체(50)를 중합시키는 횟수(n)를 많게 할 필요가 있어, 중합에 필요로 하는 시간이 길어질 우려가 있다.
<중합 유닛>
중합 유닛(50b) 내의 중합성기로는 예를 들어 아크릴기를 사용한다. 그 밖에 메타크릴기 등 측쇄에 알킬기를 가진 비닐기이어도 된다.
<메소겐기의 예>
덴드리머형 단량체(50)와 비덴드리머형 단량체가 갖는 메소겐기로는 예를 들어 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 페닐시클로헥실기, 비페닐시클로헥실기, 아조벤젠기, 아족시벤젠기, 벤질리덴아닐린기, 스틸벤기, 톨란기를 들 수 있다.
<비덴드리머형 단량체의 예>
비덴드리머형 단량체의 후보로는 4,4'-비스아크릴로일비페닐, 4-아크릴로일 비페닐, 4-아크릴로일-4'-시아노비페닐, 4-시클로헥실페닐아크릴레이트 등을 들 수 있다. 액정 재료와 고분자의 혼합비에 대해서는 고분자가 나선 구조를 취하는 범위에서, 가능한 한 광 이용 효율이 높아지도록 결정한다.
<중합 개시제의 예>
중합 개시제(40c)로서는 선택하는 전구체(40d)를 중합시키는 것이면 되고, 예를 들어 시판되어 용이하게 입수할 수 있는 것으로서, 다로큐어 1173(머크사), 이르가큐어 651(시바 가이기사), 이르가큐어 907(시바 가이기사) 등을 후보로서 들 수 있다. 중합 개시제의 첨가량은 액정의 보유율을 높게 유지하는 관점에서, 바람직하게는 전구체(40d)에 대하여 5 중량％ 이하의 범위로 첨가된다. 또한, 전구체(40d) 혹은 올리고머는 필요에 따라서 가교제, 계면 활성제, 중합 촉진제, 연쇄 이동제, 광 증감제 등의 개질제를 포함해도 된다.
<중합의 방법>
고분자(40b)의 중합은 광 조사에 의해 행하는 것이 바람직하다. 액정층(30)의 복수의 액정 분자 실린더(40a)가 형성하는 나선 간격은 온도에 의해 변화한다. 나선 간격(피치)이 바뀌면, 액정층(30)에서 반사하는 광의 파장이 바뀐다. 따라서, 가열에 의해 고분자(40b)를 중합시킨 경우에는 액정층(30)에서 반사하는 광의 파장을 제어하기 어려워질 우려가 있다.
액정 재료와 고분자로 이루어지는 매질을 기판 상에 형성하는 방법으로는 액정 재료와 전구체(40d)의 혼합물을 열 혹은 광에 의해 중합시키는 것 외에, 액정 재료와 고분자의 혼합물을 적당한 용매에 용해한 후에 용매를 증발시키는 방법을 취할 수 있다.
<그 밖의 액정 표시 장치의 구성>
화소 전극(105a)으로는 투명성을 갖고 있는 것으로 하고, 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물)의 박막을 사용한다. 대향 전극(105b)에는 투명성이 요구되지 않고, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 금, 백금 등의 각종 전극 재료를 사용한다. 또한, 어레이 기판(10) 상에 대한 화소 전극(105a)의 형성은 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피 등의 방법으로 행한다.
화소 전극(105a)의 표면에 형성하는 절연성 박막의 재료로는 액정 재료에 대한 반응성이나 용해성을 갖지 않고, 전기적으로 절연성이면 재질적으로 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지로서 폴리이미드 등의 유기물, 또한 산화 실리콘 등의 무기물을 들 수 있다. 절연성 박막의 형성 방법으로는 스핀 코트에 의한 도포 등의 공지된 것을 들 수 있고, 각 재료에 적합한 방법을 선택하면 된다.
박막의 두께는 액정층(30)에 대한 전압 인가를 충분히 행할 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 저전압 구동의 관점에서 절연성을 손상시키지 않는 범위에 있어서 얇은 것이 바람직하다. 절연성 박막에 대한 배향 처리는 러빙 처리 등에 의해 적절히 행해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는 절연성 박막을 형성하는 것으로 했지만, 절연성 박막을 형성하지 않는 구성으로 하는 것도 허용된다.
어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 거리는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 반사율이 저하되지 않는 범위 내에서 가능한 한 짧은 것이 바람직하다. 이것은 저전압 구동 및 보다 고속의 응답을 실현하기 위해서이다.
이와 같이 하여, 고분자(40b)로 액정 분자 실린더(40a)를 안정화시킬 수 있으므로, 액정 재료가 블루상으로서 안정되게 존재하는 온도 범위가 넓고, 또한 고분자(40b)의 중합 불량이 적은 액정층(30)을 갖는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
〔실시예 1〕
이하, 본 발명의 액정 표시 장치의 일 실시예에 대해서 설명한다.
우선, 유리 기판(두께 0.7mm)의 표면에, 폭 10㎛, 간격 10㎛의 MoW 빗살형 전극을 형성하였다. 다음으로 절연막으로서 폴리이미드(AL-1051: 니혼 고세이 고무(주))를 70nm의 두께로 스피너에 의해 전극 상에 캐스트하여, 어레이 기판(10)을 얻었다. 마찬가지로, 다른 유리 기판(두께 0.7mm)에도 대향 전극(105b)을 설치하고, 대향 전극(105b) 상에도 절연막을 형성해서 대향 기판(20)을 얻었다. 대향 기판(20)의 절연막 표면에 프레임형으로 접착제를 도포하고, 제1 기판의 절연막 상에는 직경 10㎛의 스페이서를 산포하였다. 그 후, 어레이 기판(10) 및 대향 기판(20)을 서로 절연막이 대향하도록 접합시켜, 봉착하였다.
액정층(30)의 재료는 이하와 같이 조정하였다. 네마틱상의 액정으로서 BL035(머크사 제조) 79.5wt％와, 키랄제(40e)로서 ZLI-4572(머크사 제조) 10wt％, 덴드리머형 단량체(50)로서 50V#1000(오사까 유끼 가가꾸사 제조) 5wt％, 액정성 단량체 1,4-디(4-(6-(아크릴로일옥시)헥실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(상품명: RM257 머크사 제조) 5wt％를 혼합하고, 또한 중합 개시제(40c)로서 이르가큐어 651(시바 가이기사 제조)을 덴드리머형 단량체(50)에 대하여 0.5wt％ 첨가해 혼합하였다.
도 5에 실시예 1에서 사용하는 덴드리머형 단량체(50)(V#1000)의 덴드리머 유닛(50a)의 분자 구조를 도시하였다. 덴드리머형 단량체(50)는 폴리에스테르폴리올을 코어로 하여 관능기를 분지시킨 덴드리머 유닛(50a)과의 외측에 중합 유닛(50b)으로서 아크릴기가 결합한 구 형상의 구조이다. 도 5 중의 n은 1 내지 5 사이의 정수이다.
이렇게 해서 얻어진 액정층(30)의 재료를 상술한 액정 표시 장치(1)에 주입한 후, 액정 표시 장치(1)를 핫 플레이트에 얹어 온도를 제어하고, 블루상을 발현시켰다.
전구체(40d)를 중합시키기 전에 액정상이 블루상을 나타내는 온도 범위는 6 내지 7℃이었다. 액정층(30)에 고압 수은 램프를 사용해서 자외 광을 조사해서 전구체(40d)를 중합시켰다. 이때, 광의 조사 강도는 100mW/㎠(365nm)로 하고, 조사 시간은 1분으로 하였다.
이어서, 인가 전기장 방향과 투과축이 45°의 각도를 이루고, 또한 서로의 투과축이 직교하도록 편광판을 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 외면에 붙여, 구동용 드라이버(도시하지 않음)를 접속해서 액정 표시 장치(1)를 완성시켰다. 블루상은 -30℃ 내지 52℃의 온도 범위에서 안정화되어 있는 것을 확인하였다.
제작한 액정 표시 장치(1)의 전압-투과 광 특성을 550nm 광을 사용해서 실온 25℃에서 평가하였다. 전압의 비인가 시에는 투과율 0.5％이며, 전압의 인가 시(200Vp, 60Hz 단형파)에는 투과율 90％로 최대였다. 즉, 반파장 전위는 200V이었다. 또한, 응답 시간은 투과율 최소/최대 사이에서의 상승 시간, 하강 시간 모두 1ms 미만이었다. 반파장 전위 및 응답 시간의 온도 의존성을 확인한 결과, 10℃ 내지 50℃에서 거의 일정하였다.
실시예 1에 있어서의 액정층(30)의 재료와, 전구체(40d)를 중합시키기 전의 액정상(30)이 블루상을 나타내는 온도 폭과, 중합한 후의 블루상이 안정되게 존재하는 온도 범위를 표 1에 나타내었다. 이하에서 설명하는 실시예 2, 비교예 1, 2에 대해서도 아울러 표 1에 나타내었다. 고분자(40b)를 경화시키기 전의 액정층(30)에 포함되는 것을 ○, 포함되지 않는 것을 ×라 하였다.
Figure pct00001
이와 같이, 실시예 1에 의하면, 블루상으로서 안정되게 존재하는 온도 범위가 넓은 액정층을 갖는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
〔실시예 2〕
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
실시예 2의 액정 표시 장치는 실시예 1과 동일한 구성이지만, 액정층(30)의 재료가 다르다. 실시예 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
액정층(30)의 재료는 이하와 같이 해서 조정하였다. 네마틱상의 액정 JC1041XX(칫소사 제조) 40wt％와 5CB 액정(알드리치사 제조) 40wt％, 키랄제(40e)로서 ZLI-4572(머크사 제조) 10wt％로 하고 덴드리머형 단량체(50)로서 STAR-501(오사까 유끼 가가꾸사 제조) 4.5wt％, 액정성 단량체로서 RM-257(머크사 제조) 5wt％를 혼합하고, 또한 중합 개시제 이르가큐어 651(시바 가이기사 제조)을 덴드리머형 단량체(50)에 대하여 0.5wt％ 첨가해서 혼합물을 제조하였다.
STAR-501은 디펜타에리트리톨을 코어로 하여 관능기를 분지시킨 덴드리머 유닛(50a)에 중합 유닛(50b)으로서 아크릴기가 결합한 구조이다. 도 6에 디펜타에리트리톨의 구조를 도시하였다.
액정성 단량체 RM-257의 분자 구조를 도 7에 도시하였다. RM-257은 직쇄상의 단량체이다.
블루상이 보유되는 온도 범위는 5 내지 6℃이었다. 전구체(40d)를 중합시키기 위한 자외 광의 조사 강도는 50mW/㎠(365nm)로 하고, 조사 시간은 5분으로 하였다. 본 실시예에서는 액정상(30)은 블루상으로서 -30℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 안정화되어 있는 것을 확인하였다. 제작한 액정 표시 장치의 전압-투과 광 특성을 550nm 광을 사용해서 실온 25℃에서 평가하였다. 전압의 비인가 시에는 투과율 0.6％이며, 전압의 인가 시(200Vp, 60Hz 단형파)에는 투과율 91％로 최대였다. 즉, 반파장 전위는 200V이었다. 또한, 응답 시간은 투과율 최소/최대 사이에서의 상승 시간, 하강 시간 모두 1ms 미만이었다. 반파장 전위 및 응답 시간의 온도 의존성을 확인한 결과, 10℃ 내지 45℃에 있어서 거의 일정하였다.
이와 같이, 실시예 2에 의하면, 블루상으로서 안정되게 존재하는 온도 범위가 넓은 액정층을 갖는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
〔비교예 1〕
비교예 1의 액정 표시 장치는 액정층(30)의 재료 이외에는 실시예 1과 같다.
비교예 1에 있어서의 액정층(30)의 재료는 이하와 같이 해서 조정하였다. 네마틱 액정 JC1041XX(칫소사 제조) 40wt％와 5CB 액정(알드리치사 제조) 40wt％, 키랄제(40e)로서 ZLI-4572(머크사 제조) 10wt％, 액정성 단량체로서 RM-257(머크사 제조) 5wt％, 2-에틸헥실아크릴레이트(알드리치사 제조) 4.5wt％를 혼합하고, 또한 중합 개시제(50c)로서 이르가큐어 651(시바 가이기사 제조)을 액정성 단량체에 대하여 0.5wt％ 첨가해서 혼합하였다.
도 8에 액정성 단량체인 2-에틸헥실아크릴레이트의 분자 구조를 도시하였다. 2-에틸헥실아크릴레이트는 직쇄상의 분자이다.
전구체(40d)를 중합시키기 전의, 액정층(30)이 블루상을 나타내는 온도 범위는 1 내지 2℃이었다. 전구체(40d)를 중합시키기 위한 자외 광의 조사 강도는 50mW/㎠(365nm)로 하고, 조사 시간은 30분으로 하였다. 액정층(30)은 블루상으로서 -30℃ 내지 48℃의 온도 범위에서 안정화되어 있는 것을 확인하였다. 실시예 1에서는 발생하지 않았지만, 비교예 1에 있어서는 불균일이 발생하고, 일부에서 콜레스테릭상이 발현되어 있는 것을 확인하였다. 액정 혼합물의 주입에 대해서 2-에틸헥실아크릴레이트의 휘발이 보이고 조성 어긋남의 영향이 있었다. 또한, 경화 속도가 느려 일부에서 미반응 단량체의 영향이 보였다.
〔비교예 2〕
비교예 2의 액정 표시 장치는 액정층(30)의 재료 이외에는 실시예 1과 같다.
비교예 2에 있어서의 액정층(30)은 이하와 같이 해서 조정하였다. 네마틱 액정 JC1041XX(칫소사 제조) 40wt％와 5CB 액정(알드리치사 제조) 40wt%, 키랄제(40e)로서 ZLI-4572(머크사 제조) 90wt％, 액정성 덴드리머 G3-6-LC 110wt％를 혼합해서 제조하였다.
액정성 덴드리머의 G3-6-LC의 구조를 도 9에 도시하였다.
이렇게 해서 얻어진 혼합물을 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 사이에 주입하였다. 본 비교예에서는 고분자 중합 처리는 행하지 않았다.
블루상은 12℃ 내지 23℃의 온도 범위에서 안정화되어 있는 것을 확인하였다. 즉, 비교예 2에 있어서는 액정층(30)이 고분자를 갖고 있지 않으므로 액정층(30)이 블루상으로서 존재하기 어렵기 때문에, 블루상이 안정되게 존재하는 온도 범위는 실시예 1에 비해 좁아졌다.
1…액정 표시 장치
10…어레이 기판
20…대향 기판
30…액정층
105a…신호선
105b…전극
40…격자
40a…블루상
40b…고분자
40c…키랄제
40d…전구체
50…덴드리머
50a…덴드리머 유닛
50b…중합 유닛

Claims (6)

  1. 액정/고분자 복합체로서,
    블루상을 나타내는 액정 재료와,
    중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛 및, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 구조를 갖고, 상기 액정 재료를 보유하는 고분자와,
    상기 액정 재료의 간극에 존재해서 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제
    를 갖는 것을 특징으로 하는 액정/고분자 복합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자는 덴드리머형 구조 외에 쇄상 구조를 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정/고분자 복합체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합 유닛이 아크릴기인 것을 특징으로 하는 액정/고분자 복합체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 덴드리머형 구조의 차수가 2 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는 액정/고분자 복합체.
  5. 액정 표시 장치로서,
    어레이 기판과,
    상기 어레이 기판과 대향하는 대향 기판과,
    블루상을 나타내는 액정 재료와 상기 액정 재료를 보유하는 고분자와 상기 액정 재료의 간극에 존재해서 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 갖는 액정/고분자 복합체를 갖고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판과의 사이에 보유되는 액정층과,
    상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단
    을 구비하고,
    상기 고분자는 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛과, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 액정/고분자 복합체의 제조 방법으로서,
    액정 재료와, 중심 원자에 분지 구조를 갖는 원자가 2 이상 결합해 차수가 2 이상인 덴드리머형 유닛 및, 중합기를 가지며 상기 덴드리머형 유닛의 결합의 말단에 결합하고 또한 다른 중합기와 결합하는 중합 유닛을 갖는 덴드리머형 단량체와, 상기 액정 재료의 배향을 제어하는 키랄제를 혼합시키는 공정과,
    혼합시킨 상기 액정 재료와 상기 덴드리머형 단량체와 상기 키랄제를 상기 액정 재료가 블루상을 나타내는 온도에서 보유하는 공정과
    상기 덴드리머형 단량체를 중합시켜서 고분자를 생성하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 액정/고분자 복합체의 제조 방법.
KR1020127014686A 2010-01-25 2010-01-25 액정/고분자 복합체, 그것을 사용한 액정 표시 장치, 액정/고분자 복합체의 제조 방법 KR101354800B1 (ko)

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