KR20160090551A

KR20160090551A - 액정 조성물

Info

Publication number: KR20160090551A
Application number: KR1020150010486A
Authority: KR
Inventors: 유정선; 오동현; 임은정
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-08-01
Also published as: KR101883333B1

Abstract

본 출원은, 액정 조성물 및 그 용도에 관한 것이다. 본 출원에서는 메소겐 화합물을 포함하면서 광학적으로 등방성인 액정 조성물이 제공될 수 있다. 이러한 액정 조성물은, 다양한 형태의 광변조 장치에 적용되어 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 조성물은, 액정 디스플레이에 적용되어, 배향막이 없는 상태에서도 상기 디스플레이가 구동되도록 할 수 있다. 이러한 액정 디스플레이는 시야각에 따른 문제가 없고, 빠른 응답 속도를 나타낼 수 있다. 다른 예시에서 상기 액정 조성물은 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)에 적용되어, 통상 투명 모드(Normally Transparent Mode)의 구현을 가능하게 하고, 투과 상태에서 시야각 문제를 발생시키지 않을 수 있다.

Description

액정 조성물{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION}

본 출원은, 액정 조성물 및 그 용도에 관한 것이다.

액정을 이용한 광변조 장치로는, 편광판을 사용하는 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)나 액정과 고분자를 사용하는 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 등이 있다.

액정 디스플레이는, 얇고, 경량이어서 다양한 용도에 사용되고 있다. 액정 디스플레이는, 일반적으로, 화소 어레이를 포함하는 어레이 기판, 상기 어레이 기판과 대향하는 대향 기판 및 상기 어레이 기판과 대향 기판 사이의 액정층을 포함하며, 상기 액정층의 액정 분자들의 배열을 조절하여 광투과도를 변화시킴으로써, 이미지를 표시한다.

PDLC는 통상 고분자 매트릭스 내에 분산된 액정을 포함한다. 본 출원에서 용어 PDLC는 소위 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)나 PSLC(Polymer Stabilized Liquid Crystal) 등을 포함하는 상위 개념이다.

액정 디스플레이 또는 PDLC에 이용되는 액정으로는 네마틱(nematic) 액정, 스멕틱 액정(smectic) 및 콜레스테릭 (cholesteric)액정 등이 있다. 이러한 액정을 사용하는 액정 디스플레이는, 액정의 초기 배열을 위해 배향막이 필요하고, 초기 배열된 액정에 의해 시야각이 작은 문제가 있다. 또한, PDLC의 경우, 배향막이 요구되지 않으나, 전압이 인가되지 않은 상태에서 투과 모드를 구현하는 것, 즉 소위 통상 투과 모드(Normally Transparent Mode)를 구현하는 것이 용이하지 않고, 투과 상태에서 시야각이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 액정을 사용한 광변조 장치의 경우 빠른 응답 속도를 확보하는 것이 용이하지 않다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 광등방상 액정을 이용한 액정 표시 장치가 연구되고 있다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제2013-0137404호

본 출원은 액정 조성물 및 그 용도를 제공한다.

예시적인 액정 조성물은, 메소겐 화합물 및 비메소겐 화합물을 포함한다. 본 발명자들은, 비메소겐 화합물, 예를 들면 후술하는 비메소겐 화합물을 메소겐 화합물과 혼합하면, 상기 비메소겐 화합물의 비율에 따라서 전체적인 액정 조성물의 상전이온도를 조절할 수 있다는 점을 발견하였다. 본 출원의 액정 조성물은 메소겐 화합물과 비메소겐 화합물의 적정하게 포함하여, 상온 이하의 온도에서 상전이 온도를 가질 수 있다.

예를 들면, 액정 조성물은 약 10℃이하, 약 5℃이하 또는 약 0℃이하의 범위 내의 상전이 온도를 가지고, 상온에서 거시적으로 등방성을 나타낼 수 있다. 상기 액정 조성물의 상전이 온도 하한값은 특별히 제한되는 것은 아니나, 약 -10℃이상, 약 -5℃이상 또는 약 -3℃이상일 수 있다.

본 출원에서 용어 상온은, 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도를 의미하고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 40℃, 약 10℃ 내지 30℃, 약 10℃ 내지 25℃, 약 25℃, 약 23℃, 약 20℃ 또는 약 15℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다.

본 출원에서 용어 상전이온도는, 액정 조성물 또는 메소겐 화합물이 액정상(Liquid Crystal Phase)에서 등방성상(Isotrophic Phase)으로 전환되거나, 반대로 등방성상에서 액정상으로 전환되는 온도를 의미하고, 예를 들면, 상기 상전이온도 미만에서 상기 액정 조성물 또는 메소겐 화합물은 액정상을 보이고, 상기 상전이온도 이상에서 상기 액정 조성물 또는 메소겐 화합물은 등방성상을 보일 수 있다.

본 출원에서 용어 메소겐 화합물은 메소겐 구조를 가지는 화합물을 의미하고, 비메소겐 화합물은 메소겐 구조를 가지지 않는 화합물을 의미한다. 용어 메소겐은, 결정에서 구조적 정렬(structural order)를 유도할 수 있는 구조를 의미하고, 상기 메소겐의 범주에는 통상적으로 액정 화합물에서 분자의 소정 방향으로의 정렬을 유도할 수 있는 것으로 알려진 모든 종류의 강성 구조(rigid structure)가 포함될 수 있다.

또한, 본 출원에서 액정 조성물이 등방성을 보인다는 것은, 상기 액정 조성물이 거시적으로 등방성을 보이는 것을 의미한다.

구체적으로는 액정 조성물을 포함하는 액정층의 550nm 파장에 대한 면내 및/또는 두께 방향의 위상차값이 50nm 이하, 40nm이하 또는 30 nm 이하의 값을 갖는 것을 의미할 수 있다.

본 출원에서 사용할 수 있는 메소겐 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 본 출원에서는 공지의 액정 화합물로서, 예를 들면, 네마틱 화합물, 스멕틱 화합물 또는 콜레스테릭 화합물 등을 상기 메소겐 화합물로서 사용할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 메소겐 화합물은 반응성기를 갖지 않는 비반응성 메소겐 화합물일 수 있다.

메소겐 화합물은, 예를 들면, 이상 굴절률(Ne: extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(No: ordinay refractive index)의 차이(△n=Ne-No)가, 약 0.05 내지 3, 약 0.05 내지 2.5, 약 0.05 내지 2, 약 0.05 내지 1.5 또는 약 0.07 내지 1.5의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 범위에서 액정 조성물은 다양한 광변조 장치에 적용되어 적정한 성능을 나타낼 수 있다. 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 출원에서 굴절률은 약 550 nm의 파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다.

메소겐 화합물은 또한, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=ε_e-ε₀)가 양의 값을 나타내는, 업계에서 소위 P형 액정이라 불리는 화합물일 수 있다.

하나의 예시에서 메소겐 화합물은 상기 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=ε_e-ε₀)가 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상 또는 15 이상일 수 있다. 이러한 유전율을 가지면 구동 전압 특성이 우수한 광변조 장치를 제공할 수 있다. 본 출원에서 상기 유전율의 차이(△ε=ε_e-ε₀)의 상한은 특별히 제한되지 않고, 상기 차이(△ε=ε_e-ε₀)는, 예를 들면, 약 40 이하, 약 35 이하, 약 30 이하 또는 약 25 이하일 수 있다. 메소겐 화합물의 유전율의 범위는 상기와 같이 차이(△ε=ε_e-ε₀)를 나타낸다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)이 6 내지 50 정도이고, 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)이 2.5 내지 7 정도의 범위 내에 있을 수 있다.

메소겐 화합물은 또한, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=ε_e-ε₀)가 음의 값을 나타내는, 업계에서 소위 N 형 액정이라 불리는 화합물일 수 있다.

하나의 예시에서 메소겐 화합물은 상기 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=ε_e-ε₀)가 약 -40 이상, 약 -35 이상, 약 -30 이상 또는 약 -25 이상일 수 있다. 또한, 상기 유전율 차이(△ε=ε_e-ε₀)의 상한은 특별히 제한되지 않고, 약 -15 이하, 약 -10 이하, 약 -8 이하, 약 -6 이하, 약 -4 이하, 약 -3.5 이하 또는 약 -3 이하일 수 있다.

메소겐 화합물의 유전율의 범위는 상기와 같이 차이(△ε=ε_e-ε₀)를 나타낸다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)이 1 내지 10 정도이고, 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)이 4 내지 40 정도의 범위 내에 있을 수 있다.

상기와 같이, 메소겐 화합물은 소위 P 형 액정 또는 N 형 액정일 수 있으며, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=ε_e-ε₀)의 절대값이 3 이상 일 수 있다.

메소겐 화합물은, 또한 상전이온도가 약 20℃ 이상, 약 30℃ 이상, 약 40℃ 이상 또는 약 50℃ 이상일 수 있다. 상기 상전이온도의 상한은 특별히 제한되지 않고, 약 200℃ 이하, 약 150℃ 이하 또는 약 120℃ 이하일 수 있다.

본 출원에서는, 예를 들면, 전술한 특성을 가지는 화합물 중에서 적절한 메소겐 화합물, 예를 들면, 네마틱 화합물, 스멕틱 화합물 또는 콜레스테릭 화합물 등을 사용할 수 있고, 통상 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 액정 조성물은 상기 메소겐 화합물과 함께 비메소겐 화합물을 포함한다. 이러한 비메소겐 화합물은 적정 비율로 포함되어 전체적인 액정 조성물의 상전이온도를 조절할 수 있다. 상기 비메소겐 화합물은 상기 언급한 상전이온도가 나타나는 액정 조성물이 형성될 수 있도록 상기 액정 화합물에 포함될 수 있다.본 출원에서 사용할 수 있는 비메소겐 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 적절한 효과의 확보를 위하여 저분자량의 화합물을 상기 비메소겐 화합물로 사용할 수 있으며, 예를 들면, 분자량이 400 이하, 350 이하, 300 이하 또는 200 이하인 화합물을 사용할 수 있다. 상기 비메소겐 화합물의 분자량의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 약 50 이상, 약 75 이상, 약 100 이상, 약 125 이상 또는 약 150 이상일 수 있다.

비메소겐 화합물은, 또한 메소겐 화합물과 상이한 유전율(dielectric constant)를 가지는 것 일 수 있다. 예를 들면, 비메소겐 화합물은 메소겐 화합물의 유전율(dielectric constant)보다 작은 값을 가지는 것일 수 있다. 상기 유전율(dielectric constant)의 차이는 액정셀에 전기장과 같은 외부 요인의 인가시, 등방상의 액정 조성물이 네마틱 상 등 액정상을 발현하게 하는 역할을 할 수 있다. 하나의 예시에서, 비메소겐 화합물은 유전율(dielectric constant)이 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2 이하일 수 있다.

비메소겐 화합물은 상기 분자량 및 유전율 조건을 만족하는 반응성 화합물이거나 비반응성 화합물일 수 있다. 본 출원에서 용어 반응성 메소겐 화합물은, 분자 내에 라디칼 반응에 참여할 수 있는 관능기를 하나 이상 가지는 화합물을 의미하고, 비반응성 메소겐 화합물은, 분자 내에 라디칼 반응에 참여할 수 있는 관능기를 가지지 않는 화합물을 의미할 수 있다.

하나의 예시에서 비메소겐 화합물은 액정 조성물에 포함되는 반응성 화합물과 잘 혼합되고, 라디칼 반응에 참여할 수 있는 관능기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.

상기 관능기를 가지지 않는 미베소겐 화합물은, 예를 들면 옥타메틸트리실록산 등의 실록산 화합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 반응성 비메소겐 화합물로는 반응성 관능기를 1개 이상, 1개 내지 10개, 1개 내지 8개, 1개 내지 6개, 1개 내지 4개 또는 1개 내지 3개 가지는 비메소겐 화합물을 사용할 수 있다. 상기에서 반응성 관능기는, 전술한 바와 같이 라디칼 반응에 참여할 수 있는 관능기로서, 예를 들면 에틸렌성 불포화 이중 결합을 포함하는 관능기가 있고, 구체적으로는 알케닐기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

반응성 화합물로서는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트 또는 2-(2-옥소-이미다졸리디닐)에틸 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시에틸 (메타)아크릴레이트 또는 히드록시프로필 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 메톡시에틸 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트; 카르복시에틸 (메타)아크릴레이트 등과 같은 카르복시알킬 (메타)아크릴레이트; 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨(pentaerythritol) 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리글리세롤지(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 글리세롤 디(메타)아크릴레이트, 트리스[2-(아크릴로일옥시) 에틸]이소시아누레이트, 우레탄아크릴레이트, 글리세롤 13-디글리세로레이트 디(메타)아크릴레이트 또는 트리(프로필렌 글리콜) 글리세롤레이트 디아크릴레이트 등과 같은 다관능성 아크릴레이트; 비닐 (메타)아크릴레이트 또는 알릴 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알케닐 (메타)아크릴레이트; 부톡시 트리에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 알콕시 폴리알킬렌 글리콜(메타)아크릴레이트; 모노-2-(아크릴로일옥시) 에틸 숙시네이트 등과 같은 숙신산 아크릴로일옥시알킬 에스테르; 3-(아크릴로일옥시)-2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트 등과 같은 (메타) 아크릴로일옥시알킬 (메타)아크릴레이트; (메타)아크릴아미드, 디아세톤 (메타)아크릴아미드, N-[트리스(히드록시메틸) 메틸]아크릴아미드 또는 N,N-메틸렌비스(메타)아크릴아미드 등과 같은 (메타)아크릴아미드 또는 그 유도체; 메틸2-아세트아미드 아크릴레이트 등과 같은 아세트아미드 아크릴산 알킬에스테르; 1,3,5-트리아크릴로일 헥사하이드로-1,3,5-트리아진 또는 2,4,6-트리아릴 옥시-1,3,5-트리아진 등과 같은(메타) 아크릴로일기 또는 알케닐기로 치환된 트리아진; 트리스(2,3-에폭시 프로필) 이소시아누레이트 등과 같은 에폭시 기로 치환된 이소시아누레이트; 테트라시아노에틸렌 옥사이드 등과 같은 테트라시아노알킬렌옥사이드, 알케닐기로 치환된 카르복실레이트; 카프로락톤2-((메타)아크릴로일옥시) 에틸 에스테르 등과 같은 카프로락톤(메타) 아크릴로일옥시알킬 에스테르, 모노-2-((메타)아크릴로일옥시) 에틸 말레이트 등과 같은 말레산(메타)아크릴로일옥시알킬 에스테르, 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산 등과 같은 다가 카르복실산, 3-알릴 옥시-1,2-프로판디올 등과 같은 알케닐기로 치환된 알칸 디올, 글리시딜옥시 페닐기로 치환된 알칸 또는 2-비닐-1,3-디옥사렌(2-vinyl-13-dioxalane) 등과 같은 알케닐기로 치환된 디옥사렌 화합물 등이 예시될 수 있지만, 이것에 제한되는 것은 아니다.

본 출원에서, 용어 (메타)아크릴은, 아크릴 또는 메타크릴을 의미한다.

본 출원의 액정 조성물에서 비메소겐 화합물의 유전율(k_B)에 대한 메소겐 화합물의 유전율(k_A) 의 비율(k_A/k_B)은 2배 이상일 수 있다.

상기에서 메소겐 화합물의 유전율(k_A)는 메소겐 화합물의 이상 유전율 또는 정상 유전율 중 큰 값을 의미할 수 있다.

즉, 본 출원의 액정 조성물에서 메소겐 화합물이 소위 P형 액정인 경우, 메소간 화합물의 이상 유전율과 비메소겐 화합물의 유전율이 상기 비율을 만족할 수 있고, 메소겐 화합물이 소위 N 형 액정인 경우, 메소겐 화합물의 정상 유전율과 비메소겐 화합물의 유전율이 상기 비율을 만족할 수 있다. 상기와 같은 범위의 유전율 차이를 나타내어, 액정 조성물에 전기장과 같은 외부 작용이 가해질 경우에 액정 화합물의 적정한 상분리가 유도되고, 액정상이 발현될 수 있다.

액정 조성물에서 비메소겐 화합물의 비율은 액정 조성물이 상기 기술한 범위의 상전이온도를 나타내고, 소정온도, 예를 들면 상온에서 등방성을 보일 수 있도록 조절된다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 비메소겐 화합물은, 메소겐 화합물 100 중량부 대비 5 내지 100 중량부, 5 내지 90 중량부, 5 내지 80 중량부, 5 내지 70 중량부, 5 내지 60 중량부, 5 내지 50 중량부, 5 내지 40 중량부, 5 내지 30 중량부, 5 내지 25 중량부 또는 10 내지 25 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 본 출원에서 단위 중량부는 특별히 달리 규정하지 않는한, 각 성분의 중량 비율을 의미한다. 비메소겐 화합물의 상기 비율 범위는 하나의 예시이고, 상기 비율은 사용되는 메소겐 화합물 또는 비메소겐 화합물의 종류에 따라서 액정 조성물이 상기 기술한 범위의 상전이온도를 나타내고, 상온에서 등방성을 나타낼 수 있는 범위로 조절될 수 있다.

액정 조성물은, 필요한 경우에 상기 기술한 성분 외에도 추가적인 성분을 포함할 수 있다.

예를 들면, 액정 조성물은, 이색성 염료를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 염료는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 800 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 이색성 염료는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이색성 염료는, 원칙적으로 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 800 nm 내에서 최대 흡광도를 가지는 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다. 이러한 염료는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있다. 예를 들면, 아조 염료 F355(등록 상표), F357(등록 상표) 또는 F593(등록 상표)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd) 등이나, 상기와 대등한 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 종류의 염료 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

이색성 염료로는, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다.

액정 조성물 내에서 염료의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적을 고려하여 적정 비율로 포함될 수 있다.

상기 액정 조성물은 상기 기술한 성분 외에도 필요한 경우에, 용매, 계면활성제, 자외선 흡수제 등의 추가적인 성분을 포함할 수 있다.

본 출원은 또한 광변조 장치에 대한 것이다. 하나의 예시적인 광변조 장치는, 서로 이격되어 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 편광소자를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 편광소자의 사이에 배치되어 있는 광변조층을 또한 포함할 수 있다. 상기 광변조층은 상기 기술한 액정 조성물을 포함할 수 있다. 이와 같은 광변조 장치는, 예를 들면, 이격 배치된 2장의 기판의 사이에 상기 액정 조성물을 주입하고, 측면을 실링하는 것과 같은 통상적인 액정 디스플레이의 제조 방법에 따라 제조할 수 있다.

상기 광변조 장치에서 광변조층에 포함되는 액정 조성물은, 전술한 바와 같이 소정온도, 예를 들면 상온에서 등방성을 보이고, 따라서 공지의 액정 디스플레이와 같은 액정의 초기 배열을 위한 배향층이 요구되지 않는다. 따라서, 상기 광변조 장치는, 상기 광변조층의 액정 조성물을 배향시키기 위한 배향층을 포함하지 않을 수 있다.

광변조 장치에 포함되는 편광 소자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 이 분야에서 공지된 일반적인 편광 소자를 모두 사용할 수 있다. 광변조 장치에서 제 1 및 제 2 편광소자는 각각의 광흡수축이 서로 수직하도록 배치될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 제 1 편광소자의 광흡수축과 제 2 편광소자의 광흡수축이 이루는 각도는 80도 내지 100도 또는 약 85도 내지 95도의 범위 내에 있을 수 있다.

이와 같은 광변조 장치에 전기장과 같은 외부 에너지를 인가하게 되면, 상기 액정 조성물의 비메소겐 화합물과 메소겐 화합물의 유전율의 차이에 의해 상분리가 유도되고, 상기 메소겐 화합물이 배향되어 액정상이 발현될 수 있다. 또한, 상기 외부 에너지를 제거하면, 액정 조성물은 다시 등방성상으로 회귀하여 광변조가 가능하다.

하나의 예시에서 상기 광변조 장치는, 광변조층에 수평 전계를 인가할 수 있도록 형성된 전극을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 전극은, 예를 들면, 공지의 IPS(In plane switching) 또는 FFS(fringe field switching) 소자의 제조에 적용될 수 있는 전극 기판을 사용하여 형성할 수 있다. 이와 같은 구조에서 상기 액정 조성물은, 예를 들면, 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다.

다른 예시에서 상기 광변조 장치는, 광변조층에 수직 전계를 인가할 수 있도록 형성된 전극을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 전극은, 예를 들면, 공지의 VA(Vertical Alignment) 소자의 제조에 적용될 수 있는 전극 기판을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 구조에서 액정 조성물은, 예를 들면, 음의 유전율 이방성을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 광변조 장치에는 상기 기술한 구성 외에도 통상적으로 액정 디스플레이의 제조에 적용될 수 있는 다른 구성이 또한 포함될 수 있다.

본 출원의 다른 예시적인 광변조 장치는, 가교 결합되어 있는 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 고분자 매트릭스의 내부에 분산되어 있는 상기 액정 조성물을 포함할 수 있다. 상기 광변조 장치는, 소위 PDLC 소자에서 적용되는 액정 방울(Liquid Crystal Droplet)을 상기 본 출원의 액정 조성물을 사용하여 형성한 것이고, 상기 액정 조성물을 사용한 것 외에는 다른 구성은 소위 PDLC에 적용되는 것으로 알려진 구성이 모두 포함될 수 있다. 상기 광변조 장치에서 상기 액정 조성물 내의 메소겐 화합물과 비메소겐 화합물은 상기 고분자 매트릭스와는 결합되지 않은 상태로 존재할 수 있다.

또한, 상기 광변조 장치는, 상기 액정 조성물과 함께 상기 고분자 매트릭스 내부에 분산되어 있는 전술한 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다.

상기 광변조 장치는, 외부 전압이 인가되지 않은 상태에서 상기 액정 조성물의 등방성에 의해 투과 모드를 구현할 수 있는 소자, 즉 소위 통상 투과 모드의 소자일 수 있다. 이러한 광변조 장치에 전압을 인가하면 상기 고분자 매트릭스, 메소겐 화합물 및/또는 비메소겐 화합물간의 굴절률 차이에 의해 산란 모드가 구현될 수 있다.

본 출원에서는 메소겐 화합물을 포함하면서 광학적으로 등방성인 액정 조성물이 제공될 수 있다. 이러한 액정 조성물은, 다양한 형태의 광변조 장치에 적용되어 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 조성물은, 액정 디스플레이에 적용되어, 배향막이 없는 상태에서도 상기 디스플레이가 구동되도록 할 수 있다. 이러한 액정 디스플레이는 시야각에 따른 문제가 없고, 빠른 응답 속도를 나타낼 수 있다. 다른 예시에서 상기 액정 조성물은 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)에 적용되어, 통상 투명 모드(Normally Transparent Mode)의 구현을 가능하게 하고, 투과 상태에서 시야각 문제를 발생시키지 않을 수 있다.

도 1 및 2는 실시예1에서 제조된 액정 조성물이 등방성을 보이는 경우와 네마틱상을 보이는 경우를 보여주는 사진이다.
도 3 및 4는 실시예1에서 제조된 광변조 장치의 구동 상태를 보여주는 도면이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 액정 조성물 등을 보다 상세히 설명하나, 상기 조성물 등의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

1.액정 조성물의 등방성 발현의 확인

수평 또는 수직 전계를 인가할 수 있는 상부 및 하부 기판 사이에 액정 조성물을 주입하여 액정셀을 제조한 후, 액정셀의 각도를 바꾸어 가며 초기 블랙 특성을 확인하였다.

실시예 1.

등방성 액정 조성물의 제조

상전이온도(Tni)가 약 104.3℃이고, 이상 굴절률과 정상 굴절률의 차이(△n=이상굴절률-정상굴절률)가 약 0.109(기준 파장: 550 nm)이며, 이상 유전율(ε_e, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(ε₀, ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△e=이상유전율-정상유전율)가 약 21.6인 네마틱 액정 화합물(ZGS-8213XX, JNC사제)을 메소겐 화합물로 사용하고, 이소데실 아크릴레이트(IDA, isodecyl acrylate)를 비메소겐 화합물로 사용하여 등방성 액정 조성물을 제조하였다. 상기 액정 조성물은 상기 네마틱 액정 화합물(ZGS-8213XX, JNC사제) 85 g과 상기 이소데실 아크릴레이트(IDA) 15 g을 혼합하여 제조하였다. 제조된 액정 조성물이 측정온도에서 등방성을 가지는 것인지를 상기 기재된 방식으로 확인하였다. 확인 결과 상기 액정 조성물은 상온(20℃)에서는 등방성을 보이고, 약 5℃에서는 네마틱상(nematic phase)을 나타내었다. 도 1은 상온에서 등방성을 보이는 상기 액정 조성물을 보여주고, 도 2는 네마틱상(5℃)을 보이는 상기 액정 조성물을 보여준다.

광변조 장치의 제조

IPS(In plane switching) LCD(Liquid Crystal Display)의 제조에 적용되는 전극셀에 제조된 액정 조성물을 주입하여 광변조층을 포함하는 액정셀을 형성하고, 광흡수축이 서로 수직하게 배치되어 있는 편광소자를 위치시켜 광변조 장치를 제조하였다, 구체적으로 수평 전계를 인가할 수 있도록 전극이 형성된 상부 및 하부 기판을 소정 간격으로 이격 시키고, 배향막을 형성하지 않은 상태에서 상기 기판의 사이의 공간에 상기 액정 조성물을 주입하고, 측면(edge)을 실링하여 액정셀을 제조하고, 광흡수축이 서로 수직하게 배치되어 있는 편광소자를 상기 액정셀의 상하에 위치시켜 광변조 장치를 제조하였다.

상기 광변조 장치는 배향막이 적용되지 않은 상태에서 외부 전압이 인가되지 않은 상태에서 광차단 모드를 보이고, 외부 전압이 인가되면 투과 모드로 전환되는 것을 확인하였다. 도 3은 광차단 모드에서의 상기 장치의 사진이며, 도 4는 투과 모드에서 상기 장치의 사진이다.

실시예2 .

옥타메틸트리실록산(Octamethyltrisiloxane)을 비메소겐 화합물로 사용하여, 네마틱 액정 화합물(ZGS-8213XX, JNC사제) 87 g과 상기 옥타메틸트리실록산(Octamethyltrisiloxane) 13 g을 혼합하여 액정 조성물을 제조 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 등방성 액정 조성물 및 광 변조 장치를 제조하였다.

비교예 1.

비메소겐 화합물을 포함하지 않는 액정 조성물로부터, 일반적인 IPS(In plane switching) LCD(Liquid Crystal Display)의 제조에 적용되는 액정셀을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 광변조 장치를 제조하였다.

실시예 1 및 2와 비교예1에 따른 광변조 장치의 초기 블랙 특성 유지 여부를 하기 표 1과 같이 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
액정셀의 블랙 특성	O	O	X

O : 액정셀의 각도를 바꾸어도 블랙 유지

X : 액정셀의 각도를 바꾸면 블랙 유지 안됨

Claims

메소겐 화합물 및 비메소겐 화합물을 포함하며, 상전이온도가 10℃이하이고, 광학적 등방성인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 메소겐 화합물은, 네마틱 화합물, 스멕틱 화합물 또는 콜레스테릭 화합물인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 메소겐 화합물은, 이상 굴절률과 정상 굴절률의 차이가 0.05 내지 3의 범위 내에 있는 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 메소겐 화합물은, 이상 유전율과 정상 유전율 차이의 절대값이 3 내지 40의 범위 내에 있는 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 메소겐 화합물은, 상전이온도가 20℃ 이상인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 비메소겐 화합물은, 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 알콕시알킬(메타)아크릴레이트; 카르복시알킬 (메타)아크릴레이트; 다관능성 아크릴레이트; 알케닐 (메타)아크릴레이트; 알콕시 폴리알킬렌 글리콜 (메타)아크릴레이트; 숙신산 아크릴로일옥시 알킬 에스테르; (메타)아크릴로일옥시알킬 (메타)아크릴레이트; (메타)아크릴아미드; (메타)아크릴아미드 유도체; 아세트 아미드 아크릴산 알킬에스테르; (메타)아크릴로일기 또는 알케닐기로 치환된 트리아진; 테트라시아노알킬렌옥사이드, 알케닐기로 치환된 카르복실레이트; 카프로락톤 (메타)아크릴로일옥시알킬 에스테르, 말레산 (메타)아크릴로일옥시 알킬 에스테르, 다가 카르복실산, 알케닐기로 치환된 알칸 디올, 글리시딜옥시 페닐기로 치환된 알칸 또는 알케닐기로 치환된 디옥사렌 화합물인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 비메소겐 화합물의 유전율(k_B)에 대한 메소겐 화합물의 유전율(k_A) 의 비율(k_A/k_B)이 2배 이상인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 비메소겐 화합물은 유전율이 5 이하인 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 비메소겐 화합물은, 메소겐 화합물 100 중량부 대비 5 내지 100 중량부로 포함되는 액정 조성물.
제 1 항에 있어서, 이색성 염료를 추가로 포함하는 액정 조성물.
서로 이격되어 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 편광소자; 및 상기 제 1 및 제 2 편광소자의 사이에 배치되어 있는 제 1 항의 액정 조성물을 포함하는 광변조층을 가지는 광변조 장치.
제 11 항에 있어서, 광변조층의 액정 조성물을 배향시키는 배향층을 포함하지 않는 광변조 장치.
제 11 항에 있어서, 제 1 편광소자의 광흡수축과 제 2 편광소자의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 90도의 범위 내에 있는 광변조장치.
제 11 항에 있어서, 광변조층에 수평 전계를 인가할 수 있도록 형성된 전극을 추가로 포함하고, 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지는 광변조 장치.
제 11 항에 있어서, 광변조층에 수직 전계를 인가할 수 있도록 형성된 전극을 추가로 포함하고, 액정 조성물은 음의 유전율 이방성을 가지는 광변조 장치.
가교 결합되어 있는 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스의 내부에 분산되어 있는 제 1 항의 액정 조성물을 포함하는 광변조 장치.
제 16 항에 있어서, 액정 조성물의 메소겐 화합물과 비메소겐 화합물은 고분자 매트릭스와 결합하고 있지 않은 광변조 장치