KR20170093830A - 액정 내포 복합 섬유 및 복합 섬유 집합체 - Google Patents

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KR20170093830A
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제이엔씨 주식회사
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Abstract

본 발명은 플렉시블 액정 표시 소자의 형성에 이용 가능한 액정 내포 복합 섬유로서, 섬유 내의 액정 분자의 배열의 흐트러짐이 없는 복합 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 복합 섬유는 액정 조성물을 심성분으로 하는 초심형의 복합 섬유로서 상기 액정 조성물이 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 내포 복합 섬유이다.

Description

액정 내포 복합 섬유 및 복합 섬유 집합체{COMPOSITE FIBER WITH ENCLOSED LIQUID CRYSTAL, AND COMPOSITE FIBER ARRANGEMENT}
본 발명은 액정 조성물이 내포된 초심형의 복합 섬유 및 상기 복합 섬유가 1축 배열된 복합 섬유 집합체에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 슬림형, 경량, 저소비 전력, 저전력 구동 등의 이점이 있기 때문에 손목시계, 전자계산기, 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전 등의 표시매체로서 폭넓게 이용되고 있다.
일반적인 액정 표시 소자에서는 액정 분자의 배향을 제어하는 수단이 필요하며, 배향막을 형성하는 수단이 일반적으로 사용되고 있다. 예를 들어, 러빙 처리를 실시한 배향막에 의해 기판에 대하여 평행 방향으로 액정 분자를 배향 제어하는 방법이나 알킬기나 불소함유기 등의 소수 구조를 배향막에 도입함으로써, 기판에 대하여 수직 방향으로 액정 분자를 배향 제어하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 배향막의 형성 공정에 요하는 제조 비용이 증대된다는 문제점이 있다.
또한, 최근 플라스틱 필름 등을 기판으로서 사용하는 플렉시블 액정 표시 소자가 주목받고 있다. 이러한 플렉시블 액정 표시 소자는 종래의 유리 기판을 이용한 액정 표시 소자에 비해 얇고 경량이며, 둥글게 말아 수납할 수 있어 휴대가 편리한 표시 소자로서 이용될 수 있다. 그러나, 배향막을 형성할 때에 고온 프로세스를 필요로 하기 때문에 내열성이 낮은 플렉시블 기판 자체의 사용이 제한된다는 문제점이 있다.
그 때문에, 배향막을 형성하지 않고 액정 분자의 배향을 제어하는 방법이 요구되고 있다.
배향막을 형성하지 않고 액정 분자의 배향을 제어하는 방법으로서, 액정 재료 또는 조성물을 섬유 중에 봉입한다는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 폴리머, 액정 재료 및 용매를 혼합한 용액을 정전 방사하여 얻어진 액정 내포 복합 섬유(예를 들어, 특허 문헌 1 참조), 폴리머 용액과 액정 재료를 따로따로 이중관 노즐에서 공급하여 정전 방사하여 얻어진 액정 내포 복합 섬유(예를 들어, 비특허 문헌 1 참조) 등이 알려져있다.
[특허문헌]
특허 문헌 1: 미국특허 제8,257,639호 명세서
[비특허문헌]
비특허 문헌 1: Eva Enz and Jan Lagerwall, "Electrospun microfibers with temperature sensitive iridescence from encapsulated cholesteric liquid crystal", Journal of Materials Chemistry, 2010, p.6866-6872
그러나, 이러한 액정 내포 복합 섬유는 섬유 내에 액정 분자의 배열의 흐트러짐이 생기는 경우가 있고, 예를 들어 액정 분자가 존재하지 않는 개소나 액정 분자가 덩어리로 존재하는 개소가 있었다. 이러한 액정 분자의 배열이 흐트러진 복합 섬유는 액정 표시 소자의 재료로서 이용하기에는 충분하지 않다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고, 플렉시블 액정 표시 소자의 형성에 이용 가능한 액정 내포 복합 섬유로서, 섬유 내의 액정 분자의 배열의 흐트러짐이 매우 적은 복합 섬유를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 심성분으로 하는 복합 섬유로 함으로써, 섬유 내의 액정 분자의 배열의 흐트러짐을 매우 적게 할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 이하의 구성을 가진다.
[1] 액정 조성물을 심성분으로 하는 초심형의 복합 섬유에 있어서, 상기 액정 조성물이 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
[2] 복합 섬유의 평균 외경이 5㎛ 이하인, 상기 사항 [1]에 기재된 액정 내포 복합 섬유.
[3] 상기 심성분에 있어서, 상기 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 상기 액정 조성물이 연속적으로 분포하고 있는 상기 사항 [1] 또는 사항 [2]에 기재된 액정 내포 복합 섬유.
[4] 상기 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 상기 액정 조성물이 섬유축에 대하여 평행 방향 또는 수직 방향으로 배향하고 있는, 상기 사항 [1] 내지 사항 [3] 중에서 어느 하나에 기재된 액정 내포 복합 섬유.
[5] 복합 섬유의 외경의 변동 계수(CV값)가 20% 이하인, 상기 사항 [1] 내지 사항 [4] 중에서 어느 하나에 기재된 액정 내포 복합 섬유.
[6] 상기 사항 [1] 내지 사항 [5] 중에서 어느 하나에 기재된 액정 내포 복합 섬유를 1축 배향시켜서 형성한 복합 섬유 집합체.
본 발명의 복합 섬유에 의해 액정 표시 소자의 형성에는 배향막이 필요없기 때문에, 복잡한 프로세스를 거치지 않고, 생산성이 우수한 액정 표시 소자를 얻을 수 있게 된다. 또한, 배향막 형성 프로세스에서의 고온 처리를 필요로 하지 않기 때문에 플라스틱 기판 등을 이용한 플렉시블 액정 표시 소자를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 액정 내포 복합 섬유의 사시도이다.
도 2는 2중관 노즐을 이용한 복합 섬유 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 복합 섬유 집합체를 이용한 액정 표시 소자의 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에서 얻어진 복합 섬유의 편광 현미경 사진이다.
도 5는 제1 실시예에서 얻어진 복합 섬유의 주사형 전자현미경 사진이다.
도 6은 제2 실시예에서 얻어진 복합 섬유의 주사형 전자현미경 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 액정 내포 복합 섬유(이하, 간단히 "복합 섬유"라고도 한다)는 액정 조성물을 심성분으로 하는 초심형의 복합 섬유로서, 액정 조성물이 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
액정 조성물
본 발명에서의 복합 섬유의 심성분인 액정 조성물은 할로겐계 액정 화합물을 포함한다. 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 이용함으로써 액정 분자가 존재하지 않는 개소나 액정 분자가 덩어리로 존재하는 개소를 적게 하고, 섬유 내의 액정 분자의 배열의 흐트러짐이 매우 적은 복합 섬유를 얻을 수 있다. 또한, 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물은 높은 전압 유지율을 갖기 때문에, 구동 전압의 절감, 전력 절약, 콘트라스트의 향상, 표시나 색의 균일성의 향상이라는 효과도 거둔다.
본 발명에 이용되는 액정 조성물은 바람직하게는 2종류이며, 일방은 네마틱상 혹은 나선 피치가 10㎛보다 긴 키랄 네마틱상으로 구동되는 액정 조성물 α이고, 타방은 나선 피치가 1㎛보다 짧은 콜레스테릭상으로 구동되는 액정 조성물 β이다. 우선, 액정 조성물 α는 유전율 이방성값이 +2 이상 또는 -2 이하이며, 주로 액정 조성물의 유전율 이방성에 의해 구동된다. 한편, 액정 조성물 β는 주로 플렉소 일렉트릭 효과에 의해 구동된다.
우선은 액정 조성물 α에 대하여 설명한다.
액정 조성물 α로서, 적어도 하나의 할로겐을 포함하는 하기 식(1) 내지 식(3)의 군에서 선택되는 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure pct00001
상기 식(1)에 있어서, R1은 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐이고; 환 A는 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오로-1,4-페닐렌, 피리미딘-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 또는 테트라히드로피란-2,5-디일이며; Z1은 단결합, 에틸렌, 카보닐옥시 또는 디플루오로메틸렌옥시이고; X1 및 X2는 각각 독립적으로 수소 또는 불소이며; Y1은 불소, 염소, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이며; a는 1, 2, 3, 또는 4이다. 또한, a가 2 이상인 경우, 복수의 환 A, Z1은 각각 같아도 되고 달라도 된다.
[화학식 2]
Figure pct00002
상기 식(2)에 있어서, R2 및 R3은 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이고; 환 B 및 환 C는 각각 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이며; 단, R2, R3, 환 B 및 환 C의 적어도 하나는 할로겐을 포함하고; Z2는 단결합, 에틸렌 또는 카보닐옥시이며; b는 1, 2 또는 3이다. 또한, b가 2 이상인 경우, 복수인 환 B, Z2는 각각 같아도 되고 달라도 된다.
[화학식 3]
Figure pct00003
상기 식(3)에 있어서, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이고; 환 D 및 환 F는 각각 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 적어도 하나의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 테트라히드로피란-2,5-디일이며; 환 E는 2,3-디플로우로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z3 및 Z4는 각각 독립적으로 단결합, 에틸렌, 카보닐옥시 또는 메틸렌옥시이고; c는 1, 2 또는 3이며, d는 1 또는 1이며; c와 d의 합은 3 이상이다. 또한, c가 2 이상인 경우, 복수의 환 D, Z3은 각각 같아도 되고 달라도 된다.
상기 식(1)에서 나타내어지는 할로겐계 액정화합물로서는, 예를 들어, 식(1-1) 내지 식(1-34)로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 또한, 식(1-1) 내지 식(1-34)에 있어서, R1은 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
[화학식 5]
Figure pct00005
[화학식 6]
Figure pct00006
[화학식 7]
Figure pct00007
상기 식(2)로 나타내어지는 할로겐계 액정 화합물로서는, 예를 들어, 식(2-1) 내지 식(2-13)으로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 식(2-1) 내지 식(2-13)에 있어서, R2 및 R3은 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며, 식(2-1)∼식(2-6), 식(2-10) 및 식(2-11)의 R2 및 R3은 적어도 일방이 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다.
[화학식 8]
Figure pct00008
상기 식(3)으로 나타내어지는 할로겐계 액정화합물로서는, 예를 들어, 식(3-1) 내지 식(3-19)로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 식(3-1) 내지 식(3-19)에 있어서, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이다.
[화학식 9]
Figure pct00009
[화학식 10]
Figure pct00010
액정 조성물 α는 상기 식(1)로 나타내어지는 할로겐계 액정 화합물(이하, 화합물(1)이라고도 한다.), 상기 식(2)로 나타내어지는 할로겐계 액정 화합물(이하, 화합물(2)라고도 한다.), 및 상기 식(3)으로 나타내어지는 할로겐계 액정 화합물(이하, 화합물(3)라고도 한다.)에서 선택된 화합물 외에, 그 밖의 액정성 화합물, 첨가물 등을 추가로 함유해도 된다. "그 밖의 액정성 화합물"은 화합물(1), 화합물(2) 및 화합물(3)과는 다른 액정성 화합물이다. 이러한 화합물은 특성을 더욱 조정할 목적으로 조성물에 혼합된다. 첨가물은 광학활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제 등이다.
이어서, 성분 화합물인 화합물(1) 내지 (3)의 주요한 특성 및 이러한 화합물이 액정 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과를 설명한다. 성분 화합물의 주요한 특성을 본 발명의 효과에 기초하여 하기 표에 정리한다. 표의 기호에 있어서, L은 크다 또는 높다, M은 중간 정도의, S는 작다 또는 낮다를 의미한다. 기호 L, M, S는 성분 화합물 사이의 정성적인 비교에 기초한 분류이며, O(제로)은 값이 거의 제로인 것을 의미한다.
화합물의 특성
특성 화합물(1) 화합물(2) 화합물(3)
상한온도 S∼L S∼L S∼M
점도 M∼L S∼M M
광학이방성 M∼L M∼L M∼L
유전율 이방성 S∼L1) 0 M∼L2)
비저항 L L L
1)유전율 이방성의 값은 양이다. 2)유전율 이방성의 값은 음이며, 기호는 절대값의 대소를 나타낸다.
성분 화합물인 화합물(1) 내지 (3)을 액정 조성물에 혼합했을 때, 성분 화합물이 액정 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과는 다음과 같다. 화합물(1)은 유전율 이방성을 높인다. 화합물(2)는 점도를 낮추거나, 상한 온도를 높인다. 화합물(3)은 단축 방향에서의 유전율을 높인다.
액정 조성물 α에서의 성분화 합물의 바람직한 조합은, 화합물(1), 화합물(3), 화합물(1)+화합물(2), 화합물(2)+화합물(3), 화합물(1)+화합물(3), 또는 화합물(1)+화합물(2)+화합물(3)이다. 더욱 바람직한 조합은 화합물(1)+화합물(2), 화합물(2)+화합물(3)이다.
화합물(1)의 유전율 이방성은 양이며 화합물(3)의 유전율 이방성은 음이다. 한편, 화합물(2)의 유전율 이방성은 거의 0이며, 유전율 이방성 이외의 특성을 조정하는데에 이용된다. 액정표시소자를 낮은 전압으로 구동시키기 위해서는, 유전율 이방성의 절대값을 확보하는 것이 요망되기 때문에, 화합물(1)+화합물(2) 또는 화합물(2)+화합물(3)의 조합이 요망된다. 화합물(1)+화합물(2)의 조성물은 유전율 이방성이 양이 되고, 화합물(2)+화합물(3)의 조성물은 유전율 이방성이 음이 된다.
액정 화합물 α 중, 화합물(1)의 바람직한 비율은 유전율 이방성을 높이기 위해 약 10중량% 이상이며, 하한온도를 낮추기 위해 또는 점도를 낮추기 위해 약 90중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 15중량% 내지 약 75중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 20중량% 내지 약 65중량%의 범위이다.
액정 화합물 α 중에서 화합물(2)의 바람직한 비율은 상한 온도를 높이기 위해, 또는 점도를 낮추기 위해 약 10중량% 이상이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 약 90중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 20중량% 내지 약 85중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 30중량% 내지 약 85중량%의 범위이다.
액정 화합물 α 중에서 화합물(3)의 바람직한 비율은 유전율 이방성을 높이기 위해 약 3중량% 이상이며, 하한온도를 낮추기 위해 약 30중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 3중량% 내지 약 25중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 5중량% 내지 약 20중량%의 범위이다.
이어서, 성분 화합물의 바람직한 형태를 설명한다.
상기 식(1) 내지 상기 식(3)에 있어서, R1∼R5, 환 A∼환 F, Z1∼Z4, X1∼X2, Y1 및 a∼d는 다음과 같다.
R1은 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐이다. 바람직한 R1은 자외선 또는 열에 대한 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이다. R2 및 R3은 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다. 바람직한 R2 및 R3은 점도를 낮추기 위해 탄소수 2∼12의 알케닐이며, 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이다. R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이다. 바람직한 R4 및 R5는 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알콕시이다. 바람직한 할로겐은 불소 또는 염소이며, 더욱 바람직한 할로겐은 불소이다.
바람직한 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 또는 옥틸이다. 더욱 바람직한 알킬은 점도를 낮추기 위해 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헵틸이다.
적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 알킬의 바람직한 예는, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실, 7-플루오로헵틸, 또는 8-플루오로옥틸이다. 더욱 바람직한 알킬은 임계값 전압을 낮추기 위해 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸 또는 5-플루오로펜틸이다.
바람직한 알콕시는, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시 또는 부틸옥시이다. 점도를 낮추기 위해 더욱 바람직한 알콕시는 메톡시 또는 에톡시이다.
바람직한 알케닐은, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 4-펜테닐, 1-헥세닐, 2-헥세닐, 3-헥세닐, 4-헥세닐 또는 5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 알케닐은, 점도를 낮추기 위해 비닐, 1-프로페닐, 3-부테닐, 또는 3-펜테닐이다. 이들 알케닐에서의 -CH=CH-의 바람직한 입체배치는 이중결합의 위치에 의존한다. 점도 등을 낮추기 위해 1-프로페닐, 1-부테닐, 1-펜테닐, 1-헥세닐, 3-펜테닐, 3-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 트랜스가 바람직하다. 2-부테닐, 2-펜테닐, 2-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 시스가 바람직하다. 이들 알케닐에 있어서는 분지보다도 직쇄의 알케닐이 바람직하다.
바람직한 알케닐옥시는, 비닐옥시, 아릴옥시, 3-부테닐옥시, 3-펜테닐옥시 또는 4-펜테닐옥시이다. 점도를 낮추기 위해 더욱 바람직한 알케닐옥시는, 아릴옥시 또는 3-부테닐옥시이다.
적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 알케닐의 바람직한 예는, 2,2-디플루오로비닐, 3,3-디플루오로-2-프로페닐, 4,4-디플루오로-3-부테닐, 5,5-디플루오로-4-펜테닐 또는 6,6-디플루오로-5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 예는, 점도를 낮추기 위해 2,2-디플루오로비닐 또는 4,4-디플루오로-3-부테닐이다.
환 A는 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오로-1,4-페닐렌, 피리미딘-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 또는 테트라히드로피란-2,5-디일이다. 바람직한 환 A는 광학이방성을 높이기 위해 1,4-페닐렌 또는 2-플루오로-1,4-페닐렌이다. 환 B 및 환 C는 각각 독립적으로 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 바람직한 환 B 또는 환 C는 점도를 낮추기 위해 1,4-시클로헥실렌이며, 또는 광학이방성을 높이기 위해 1,4-페닐렌이다. 환 D 및 환 F는 각각 독립적으로 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 적어도 하나의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 테트라히드로피란-2,5-디일이다. 바람직한 환 D 또는 환 F는 점도를 낮추기 위해 1,4-시클로헥실렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 테트라히드로피란-2, 5-디일이며, 광학이방성을 높이기 위해 1,4-페닐렌이다. 환 E는 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 E는 유전율 이방성을 높이기 위해 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 1,4-시클로헥실렌에 관한 입체배치는 상한온도를 높이기 위해 시스보다도 트랜스가 바람직하다. 테트라히드로피란-2,5-디일은,
[화학식 11]
Figure pct00011
또는
Figure pct00012
이며, 바람직하게는
Figure pct00013
이다.
Z1은 단결합, 에틸렌, 카보닐옥시 또는 디플루오로메틸렌옥시이다. 바람직한 Z1은 점도를 낮추기 위해 단결합이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 디플루오로메틸렌옥시이다. Z2는 단결합, 에틸렌 또는 카보닐옥시이다. 바람직한 Z2는 점도를 낮추기 위해 단결합이다. Z3 및 Z4는 각각 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카보닐옥시 또는 메틸렌옥시이다. 바람직한 Z3 또는 Z4는 점도를 낮추기 위해 단결합이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 메틸렌옥시이다.
X1 및 X2는 각각 독립적으로, 수소 또는 불소이다. 바람직한 X1 및 X2는 유전율 이방성을 높이기 위해 불소이다.
Y1은 불소, 염소, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이다. 바람직한 Y1은 하한온도를 낮추기 위해 불소이다.
적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 알킬의 바람직한 예는 트리플루오로메틸이다. 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 알콕시의 바람직한 예는 트리플루오로메톡시이다. 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 알케닐옥시의 바람직한 예는 트리플루오로비닐옥시이다.
a는 1, 2, 3, 또는 4이다. 바람직한 a는 하한 온도를 낮추기 위해 2이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 3이다. b는 1, 2 또는 3이다. 바람직한 b는 점도를 낮추기 위해 1이며, 상한 온도를 높이기 위해 2 또는 3이다. c는 1, 2 또는 3이며, d는 0 또는 1이며, c와 d의 합은 3 이하이다. 바람직한 c는 점도를 낮추기 위해 1이며, 상한 온도를 높이기 위해 2 또는 3이다. 바람직한 d는 점도를 낮추기 위해 0이며, 하한 온도를 낮추기 위해 1이다.
또한, 상기 식(1) 내지 (3)에 있어서, a∼c가 2 이상인 경우는, 복수의 환 A, 환 B, 환 D, Z1∼Z3은 각각 같아도 되고 달라도 된다.
화합물(1)은 유전율 이방성이 양으로 큰 화합물이다. 바람직한 화합물(1)은 상기 화합물(1-1) 내지 화합물(1-34)이다. 이들 화합물에 있어서, 화합물(1)의 적어도 하나가 화합물(1-4), 화합물(1-12), 화합물(1-14), 화합물(1-15), 화합물(1-17), 화합물(1-18), 화합물(1-23), 화합물(1-27), 화합물(1-28), 또는 화합물(1-29)인 것이 바람직하다. 화합물(1)의 적어도 2개가 화합물(1-12) 및 화합물(1-15), 화합물(1-14) 및 화합물(1-27), 화합물(1-18) 및 화합물(1-24), 화합물(1-18) 및 화합물(1-28), 화합물(1-24) 및 화합물(1-28), 또는 화합물(1-28) 및 화합물(1-29)의 조합인 것이 바람직하다.
화합물(2)는 유전율 이방성이 작은 화합물이다. 바람직한 화합물(2)는 상기 화합물(2-1) 내지 화합물(2-13)이다. 이들 화합물에 있어서, 화합물(2)의 적어도 하나가 화합물(2-1), 화합물(2-3), 화합물(2-5), 화합물(2-6) 또는 화합물(2-7)인 것이 바람직하다. 화합물(2)의 적어도 2개가 화합물(2-1) 및 화합물(2-3) 또는 화합물(2-1) 및 화합물(2-5)의 조합인 것이 바람직하다.
화합물(3)은 유전율 이방성이 음으로 큰 화합물이다. 바람직한 화합물(3)은 상기 화합물(3-1) 내지 화합물(3-19)이다. 이들 화합물에 있어서, 화합물(3)의 적어도 하나가 화합물(3-1), 화합물(3-3), 화합물(3-4), 화합물(3-6), 화합물(3-8) 또는 화합물(3-13)인 것이 바람직하다. 화합물(3)의 적어도 2개가 화합물(3-1) 및 화합물(3-6), 화합물(3-1) 및 화합물(3-13), 화합물(3-3) 및 화합물(3-6), 화합물(3-3) 및 화합물(3-13), 화합물(3-4) 및 화합물(3-6), 또는 화합물(3-4) 및 화합물(3-8)의 조합인 것이 바람직하다.
액정 조성물 α에 첨가해도 되는 첨가물은 상기한 바와 같이 광학활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제 등이다. 액정의 나선 구조를 유기하여 비틀림각을 부여할 목적으로 광학활성 화합물이 액정 조성물 α에 첨가된다. 이러한 광학활성 화합물의 예는 하기에 나타내는 화합물(4-1) 내지 화합물(4-5)이다. 식 중에서 *는 부제 탄소를 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pct00014
광학활성 화합물의 바람직한 비율은 5중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 0.01중량% 내지 약 2중량%의 범위이다.
소자를 장시간 사용한 후, 실온뿐만 아니라, 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 보유율을 유지하기 위해, 산화 방지제가 액정 조성물 α에 첨가된다. 산화 방지제의 바람직한 예는 하기에 나타내는 화합물(5) 등이다. 식 중에서 z은 1 부터 9의 정수이다.
[화학식 13]
Figure pct00015
화합물(5)에 있어서, 바람직한 z은 1, 3, 5, 7 또는 9이다. 더욱 바람직한 z은 7이다. z이 7인 화합물(5)는 휘발성이 작으므로 소자를 장시간 사용한 후, 실온뿐만 아니라, 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 보유율을 유지하는데에 유효하다. 산화 방지제의 바람직한 비율은 이 효과를 얻기 위해 약 50ppm 이상이며, 상한온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않도록 약 600ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 100ppm 내지 약 300ppm의 범위이다.
자외선 흡수제의 바람직한 예는, 벤조페논 유도체, 벤조에이트 유도체, 트리아졸 유도체 등이다. 입체 장해가 있는 아민과 같은 불안정제도 또한 바람직하다. 이들 흡수제나 안정제에서의 바람직한 비율은 이 효과를 얻기 위해 약 50ppm 이상이며, 상한 온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않기 위해 약 10000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 100ppm 내지 약 10000ppm의 범위이다.
GH(guest host) 모드의 소자에 적합시키기 위해, 아조계 색소, 안트라퀴논계 색소 등과 같은 2색성 색소(dichroic dye)가 액정 조성물 α에 첨가된다. 색소의 바람직한 비율은 액정 조성물 α 중에서 약 0.01중량% 내지 약 10중량%의 범위이다. 거품이 이는 것을 방지하기 위해 디메틸실리콘오일, 메틸페닐실리콘오일 등의 소포제가 조성물에 첨가된다. 소포제의 바람직한 비율은 이 효과를 얻기 위해 약 1ppm 이상이며, 표시 불량을 방지하기 위해 약 1000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 1ppm 내지 약 500ppm의 범위이다.
성분 화합물인 화합물(1)∼(3)은 기지의 방법에 의해 합성될 수 있다. 예를 들어, 화합물(1-2) 및 화합물(1-8)은 일본 공개 특허 평2-233626호 공보에 기재된 방법으로 합성될 수 있다. 화합물(2-1)은 일본 공개 특허 소59-176221호 공보에 기재된 방법으로 합성될 수 있다. 화합물(3-1) 및 화합물(3-6)은 일본 공개 특허 평 2-503441호 공보에 기재된 방법으로 합성될 수 있다. 식(5)의 z이 1인 화합물은 알드리치(Sigma-Aldrich Corporation)에서 입수할 수 있다. 식(5)의 z이 7인 화합물 등은 미국 특허 제3,660,505호 명세서에 기재된 방법으로 합성할 수 있다.
합성법을 기재하지 않은 화합물은 오가닉·신세시스(Organic Synthesis, John Wiley & Sons, Inc), 오가닉·리액션즈(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc), 컴프리핸시브·오가닉·신세시스(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press), 신실험화학강좌(마루젠출판) 등의 성서(成書)에 기재된 방법에 의해 합성할 수 있다. 액정 조성물은 이와 같이 하여 얻은 화합물로부터 공지의 방법에 의해 조제된다. 예를 들어, 성분 화합물을 혼합하고, 그리고 가열에 의해 서로 용해시킨다.
이 액정 조성물 α는 주로 약 -10℃ 이하의 하한 온도, 약 70℃ 이상의 상한온도, 그리고 약 0.07 내지 약 0.20의 범위의 광학 이방성을 갖는다. 이 액정 조성물 α를 함유하는 소자는 큰 전압 보유율을 갖는다. 이 액정 조성물 α는 AM(액티브 매트릭스) 소자에 적합하다. 이 액정 조성물 α는 투과형의 AM 소자에 특히 적합하다. 성분화 합물의 비율을 제어함으로써, 또는 그 밖의 액정성 화합물을 혼합함으로써 약 0.08 내지 약 0.25의 범위의 광학 이방성을 갖는 조성물, 또한 약 0.10 내지 약 0.30의 범위의 광학 이방성을 갖는 조성물을 조제해도 된다. 이 조성물은 네마틱상을 갖는 조성물로서의 사용, 광학활성 화합물을 첨가함으로써 광학 활성인 조성물로서의 사용이 가능하다.
이어서, 액정 조성물 β에 대하여 설명한다.
본원의 액정 조성물 β의 나선 피치는 1㎛ 이하이며, 바람직하게는 500nm 미만, 보다 바람직하게는 400nm 미만, 가장 바람직하게는 300nm 이하이다.
액정 조성물 β의 나선축은 파이버의 방향과 평행인 것이 바람직하고, 이 경우, 나선축과 수직인 방향의 전기장에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
액정 조성물 β는 키랄인 화합물로 이루어지는 조성물이어도 되지만, 바람직하게는 아키랄성분 T와 키랄제로 이루어진다.
아키랄성분 T로서 바람직하게는, 2개의 메소겐이 스페이서에 의해 연결되고, 해당 스페이서는 기 중에 원자수 3 이상이되 홀수 개의 원자를 갖는 비메소겐성 화합물 1종 이상 포함한다.
아키랄성분 T는 바람직하게는, 하기의 식(6)으로 나타내어지는 비메소겐성 화합물을 포함한다.
[화학식 14]
Figure pct00016
상기 식(6) 중에서, R6은 각각 서로 독립적으로, 시안(CN), 불소, 염소, 또는 기 중의 임의의 -CH2-는 산소, 유황, -COO-, -OCO-로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬이며, 단, 탄소가 인접하지는 않고, 해당 알킬은 기의 임의의 수소가 할로겐으로 치환되어도 된다.
MG6은 각각 독립적으로, 메소겐을 나타내고, Sp는 탄소수 5∼40의 알킬렌이며, X6은 각각 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, CH2-O-, -O-CH2-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CH2-CH2-, -C≡C-, -CH(CH3)-N=CH- 또는 단결합이며, 바람직하게는 단결합이다.
상기 식(6) 중에서, R6, MG6, X6은 같아도 되고 달라도 된다.
키랄제
본 발명의 액정 조성물 β가 함유해도 되는 키랄제는 광학활성 화합물이다.
본 발명의 액정 조성물 β에 이용되는 키랄제로서는 비틀림력(Helical Twisting Power: HTP)이 큰 화합물이 바람직하다. 비틀림력이 큰 화합물은 원하는 피치를 얻기 위해 필요한 첨가량을 적게 할 수 있으므로, 구동전압의 상승을 억제할 수 있어, 실용상 유리하다. 구체적으로는, 화합물(K1) 내지 (K7)로 나타내어지는 화합물이 바람직하다. 또한, 화합물(K4) 내지 (K7)은 비나프틸, 옥타히드로나프틸이 광학활성부위이며, 또한 키랄제의 장성(掌性)은 문제 삼지 않는다.
[화학식 15]
Figure pct00017
(상기 식 중, RK는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소수 1∼20의 알킬이며, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되어도 되고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 되고, 해당 알킬 중의 적어도 하나의 수소는 불소 또는 염소로 치환되어도 되며;
AK는 각각 독립적으로, 방향족성의 6∼8원환, 비방향족성의 3∼8원환, 또는 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이들 환의 적어도 하나의 수소는 할로겐, 탄소수 1∼3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 되고, 환의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환되어도 되고, -CH=는 -N=으로 치환되어도 되고;
YK는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1∼3의 알킬, 탄소수 1∼3의 할로알킬, 방향족성의 6∼8원환, 비방향족성의 3∼8원환, 또는 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이들 환의 적어도 하나의 수소가 할로겐, 탄소수 1∼3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 되고, 해당 알킬 중의 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환되어도 되고, -CH=는 -N=으로 치환되어도 되며;
ZK는 각각 독립적으로, 단결합, 탄소수 1∼8의 알킬렌이며, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2-는 -O-, -S-, -COO-, -OCO-, CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N- 또는 -N=CH-로 치환되어도 되고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 되고, 해당 알킬렌 중의 적어도 하나의 수소는 할로겐으로 치환되어도 되며;
XK는 각각 독립적으로, 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O)-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, 또는 -CH2CH2-이고;
mK는 각각 독립적으로 1∼4의 정수이다.)
이들 화합물 중에서 액정 조성물에 첨가되는 키랄제로서는, 화합물(K4-1)ㄴ내지 (K4-6), (K5-1) 내지 (K5-3), (K6-1) 내지 (K6-6) 및 (K7-1) 내지 (K7-2)가 바람직하고, 화합물 (K4-5), (K5-1) 내지 (K5-3), (K6-5) 내지 (K6-6) 및 (K7-1) 내지 (K7-2)가 더욱 바람직하다.
[화학식 16]
Figure pct00018
[화학식 17]
Figure pct00019
[화학식 18]
Figure pct00020
[화학식 19]
Figure pct00021
(식 중, RK는 독립적으로, 탄소수 3∼10의 알킬 또는 탄소수 3∼10의 알콕시이며, 알킬 중 또는 알콕시 중의 적어도 1 이상의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어도 된다.)
액정 조성물 β에 함유되는 키랄제로서 하나의 화합물을 이용해도 되고, 복수의 화합물을 이용해도 된다.
액정 조성물 β를 원하는 나선 피치로 하기 위해, 본 발명의 액정 조성물 β의 전체 중량에 대하여 키랄제를 1중량%∼40중량% 함유하는 것이 바람직하고, 1중량%∼10중량% 함유하는 것이 더욱 바람직하며, 2중량%∼8중량% 함유하는 것이 특히 바람직하다.
액정 조성물 β에 첨가해도 되는 첨가물로서는, 상기 액정 조성물 α의 항에서 서술한 첨가물을 예시할 수 있다.
복합 섬유
도 1은 본 발명의 액정 내포 복합 섬유(10)(이하, "복합 섬유(10)"라고도 한다)의 사시도이다.
본 발명에서의 액정 내포 복합 섬유(10)는, 할로겐계 액정 화합물(2b)을 포함하는 액정 조성물(2a)을 심성분(2)으로 하는 초심형의 복합 섬유이다. 특별히 한정되지는 않지만, 심성분(2)에 있어서 할로겐계 액정 화합물은 연속적으로 분포되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서, 연속적으로 분포되어 있는 상태란 액정 조성물(2a)이 심성분(2)의 영역 전체에 걸쳐서 도중에 끊어지지 않게 배치되어 있는 것을 의미하고, 액정 조성물(2a)이 심성분(2)의 영역 중에서 도중에 끊어져 있는 부분의 길이의 합이 복합 섬유(10)의 전체 길이의 1% 미만인 것을 말한다. 액정 조성물(2a)이 불연속이라면 그 부분에서 할로겐계 액정 화합물(2b)도 심성분(2)에서 불연속이 되고, 전압 인가에 의해 구동하지 않는 부분이 생기지만, 액정 조성물(2a)이 도중에 끊어지지 않고 연속적으로 분포되어 있다면, 구동하지 않는 부분이 발생하지 않아, 표시 얼룩을 없애고, 구동 면적을 크게 할 수 있다.
본 발명에서의 복합 섬유(10) 중의 할로겐계 액정 화합물(2b)을 포함하는 액정 조성물(2a)의 배향 방향은, 특별히 한정되지는 않지만, 섬유축에 대하여 평행 또는 수직인 것이 바람직하다. 이러한 배향 방향이면, 광 누설이 적고, 고콘트라스트의 액정 표시 소자로서 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 그 배향도는 예를 들어 편광판을 직행시킨(크로스니콜) 상태에서의 편광 현미경 관찰에 있어서, 복합 섬유(10)를 회전시켰을 때의 광 투과량의 변화로 알 수 있다.
액정 조성물(2a)이 나선구조를 갖는 콜레스테릭 액정 또는 키랄네마틱 액정인 경우, 그 나선 구조는 나선축이 섬유축과 평행이어도 되고, 수직이어도 된다. 나선 구조가 섬유축과 평행하게 나선축을 잡는 경우, 예를 들어 초고속 응답의 액정 표시 소자로서 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 섬유축과 수직으로 나선축을 잡는 경우, 예를 들어 파장 선택 반사 소자 등으로서 적절하게 이용할 수 있다.
본 발명에서의 복합 섬유(10)의 초성분(4)의 초성분 형성 재료(4a)는 특별히 한정되지는 않지만, 섬유 형성 재료인 것이 바람직하다. 섬유 형성 재료로서는, 예를 들어 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리 유산, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴산메틸, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리초산비닐, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 콜라겐, 젤라틴 및 이들의 공중합체 등의 고분자재료, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 히드록시아파타이트 등의 무기재료 등을 들 수 있다. 이들 섬유 형성 재료는 1종류로 사용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 혼합하여 사용하는 경우의 혼합율은 특별히 한정되는 것은 아니고, 얻어지는 섬유의 물성을 감안하여 적절히 설정할 수 있다. 초성분(4)의 초성분 형성 재료(4a)가 투명성을 갖는 비결정성 고분자라면, 광 투과량을 높게 할 수 있기 때문에 액정 표시 소자나 파장선택 반사 소자 등으로서 적절하게 이용할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 비결정성 고분자로서, 폴리메타크릴산메틸, 폴리초산비닐, 폴리비닐피롤리돈, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 젤라틴 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 초성분(4)의 초성분 형성 재료(4a)는 액정 조성물(2a)의 굴절률과 가까운 굴절률을 갖는 성분이면 계면에서의 광 산란을 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 초성분(4)의 초성분 형성 재료(4a)로서, 폴리비닐피롤리돈, 폴리메타크릴산메틸, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 젤라틴 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 복합 섬유(10)의 외경(d)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 평균 외경이 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하며, 1㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 평균외경이 5㎛ 이하이면, 섬유 중의 액정 조성물(2a)의 배향도를 높일 수 있고, 3㎛ 이하이면 더욱 배향도를 높일 수 있으며, 1㎛ 이하이면 매우 고도로 배향시킬 수 있게 된다. 또한, 섬유 중의 액정 조성물의 누출을 억제한다는 관점에서, 평균 외경은 50nm 이상인 것이 바람직하고, 100nm 이상인 것이 바람직하다.
복합 섬유(10)의 단면 형상이 타원형인 경우, 특별히 한정되지는 않지만, 외경의 장축의 길이는 7㎛ 이하인 것이 바람직하고, 단축의 길이는 3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 복합 섬유(10)의 단면적으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 20평방마이크로미터 이하인 것이 바람직하고, 8평방마이크로미터 이하인 것이 보다 바람직하며, 1평방마이크로미터 이하인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 복합 섬유(10)의 외경의 편차는 특별히 한정되지는 않지만, 외경의 변동 계수(CV값)가 20% 이하인 것이 바람직하고, 15% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 10% 이하인 것이 특히 바람직하다. 외경의 CV값이 20% 이하이면, 섬유 하나하나의 광 투과량이나 광 반사량이 균일하게 되기 때문에 바람직하다. 여기서, 외경의 CV값이란 각 섬유의 외경의 표준 편차를 그 평균 외경으로 나누어 백분율로 나타낸 값이다.
본 발명에서의 복합 섬유(10)의 내경(L)(즉, 심성분의 외경)은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 내경이 4㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.8㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 평균 외경이 4㎛ 이하이면 섬유 중의 할로겐계 액정 화합물(2b)의 배향을 균일하게 할 수 있고, 2.5㎛ 이하이면 보다 균일하게 배향시킬 수 있으며, 0.8㎛ 이하이면 더욱 균일하게 배향시킬 수 있게 된다. 또한, 구동 면적을 확보한다는 관점에서, 평균 내경은 10nm 이상인 것이 바람직하고, 50nm 이상인 것이 보다 바람직하다.
복합 섬유(10)의 내경(L)을 측정하는 방법으로서는 편광 현미경 또는 투과형 전자현미경으로 촬영한 화상으로부터 내경을 측정하는 방법이나, 복합 섬유(10)를 섬유축에 대하여 수직 방향으로 절단하고, 그 단면을 주사형 전자현미경으로 촬영한 화상으로부터 내경을 측정하는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명에서의 초성분(4)의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 0.1㎛∼1㎛의 범위인 것이 바람직하고, 0.2㎛∼0.5㎛의 범위인 것이 보다 바람직하다. 초성분(4)의 두께가 0.1㎛ 이상이면 내포된 액정 조성물(2a)이 섬유 외부로 쉽게 누출되지 않게 되고, 0.2㎛ 이상이면 액정의 누출을 충분히 방지할 수 있다. 또한, 초성분(4)의 두께가 1㎛ 이하이면 광 산란을 저감할 수 있고, 0.5㎛ 이하이면 충분히 광 산란을 억제할 수 있다. 여기에서, 초성분(4)의 두께는 복합 섬유(10)의 외경(d)과 내경(L)의 합을 2로 나눔으로써 구할 수 있다.
본 발명의 복합 섬유(10)의 단면형상으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 원형, 타원형, 편평형, 반원형 등을 들 수 있다. 복합 섬유(10)의 단면 형상은 얻어지는 섬유의 물성이나 액정 성분의 배향성을 감안하여 적절히 설정할 수 있다.
복합 섬유의 제조 방법
본 발명이 복합 섬유(10)의 제조 방법은 용융 방사법, 건식 방사법, 습식 방사법, 스판 본드법, 멜트 브론법, 플래쉬 방사법, 정전 방사법, 포스 스피닝법 등을 예시할 수 있고, 균일하면서 극세 섬유가 얻어진다는 관점에서 정전 방사법이 바람직하다. 이하에서는 정전 방사법에 대하여 설명하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
정전 방사법이란, 방사액을 토출시키는 동시에 전계를 작용시켜서 토출된 방사액을 섬유화하고, 콜렉터 상에 섬유를 얻는 방법이다. 예를 들어, 방사액을 노즐로부터 밀어내는 동시에 전계를 작용시켜서 방사하는 방법, 방사액을 거품이 일게 하는 동시에 전계를 작용시켜서 방사하는 방법, 원통상 전극의 표면에 방사액을 유도하는 동시에 전계를 작용시켜서 방사하는 방법 등을 들 수 있다. 이 방법에 의하면, 직경 10nm∼10㎛의 균일한 섬유를 얻을 수 있다.
본 발명에서의 복합 섬유(10)의 제조 방법은 초용액과 액정 재료를 따로따로 2중관 노즐로부터 토출시켜 정전 방사하는 방법, 폴리머, 액정 재료 및 용매가 혼합된 방사액을 정전 방사하는 동시에 상분리시키는 방법을 들 수 있으나, 액정 조성물의 구동 용이성 때문에 초용액과 액정 조성물을 따로따로 2중관 노줄로부터 토출시켜 정전 방사하는 방법이 바람직하다. 폴리머, 액정 조성물 및 용매가 혼합된 방사액을 정전 방사하는 동시에 상 분리시키는 방법으로 제작된 액정 내포 복합 섬유는 폴리머 성분이 액정 재료와 혼합된 상태를 포함하기 때문에 액정의 배향이 흐트러져서 액정 표시 소자로서 양호한 특성을 얻을 수 없다.
초용액으로서는 예사성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지는 않지만, 섬유형성재료(초성분 형성 재료(4a))를 용매에 용해시킨 것이나, 섬유 형성 재료를 열이나 레이저 조사에 의해 용융시킨 것 등을 이용할 수 있다. 본 발명에서 이용하는 초용액으로서 섬유 형성 재료를 용매에 용해시킨 것을 이용하는 것이 복합 섬유(10)의 직경의 얇음이나 균일성, 액정 조성물(2a)의 연속성이나 배향성을 용이하게 제어할 수 있는 점에서 바람직하다.
섬유 형성 재료로서는, 예를 들어 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리 유산, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴산메틸, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리초산비닐, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 콜라겐, 및 이들의 공중합체 등의 고분자 재료, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 히드록시아파타이트 등의 무기재료 등을 들 수 있다. 이들 섬유 형성 재료는 1종류로 사용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 혼합하여 사용하는 경우의 혼합율은 특별히 한정되는 것은 아니고, 얻어지는 섬유의 물성을 감안하여 적절히 설정할 수 있다. 본 발명의 복합 섬유(10)에서는 초성분(4)의 초성분 형성 재료(4a)가 비결정성 고분자이면 광학 디바이스로서 적절하게 사용 가능하게 되기 때문에 바람직하다. 이러한 비결정성 고분자로서, 폴리메타크릴산메틸, 폴리초산비닐, 폴리비닐피롤리돈, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌 등을 예시할 수 있다.
섬유 형성 재료를 용해시키는 용매로서는, 예를 들어 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메닐아세트아미드, 디메틸술폭시드, N-메틸-2-피롤리돈, 톨루엔, 크실렌, 피리딘, 의산, 초산, 테트라히드로푸란, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로벤젠, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올, 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들의 혼합물을 사용함으로써 액정 조성물(2a)의 연속성이나 배향성, 복합 섬유(10)의 직경 등을 용이하게 제어할 수 있기 때문에 바람직하다. 혼합물의 조성으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 극성 용매와 비극성 용매의 혼합물인 것이 바람직하다. 극성 용매로서는, 예를 들어 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메닐아세트아미드, 디메틸술폭시드, N-메틸-2-피롤리돈 등을 예시할 수 있고, 비극성 용매로서는, 톨루엔, 크실렌, 테트라히드로푸란, 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로벤젠 등을 예시할 수 있다. 또한, 혼합비는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 2종류의 용매를 혼합하는 경우, 중량비로 5:95∼95:5의 범위를 예시할 수 있다.
정전 방사의 안정성이나 섬유 형성성을 향상시킬 목적으로 초용액 중에 추가로 첨가제를 함유시켜도 된다. 첨가제는, 예를 들어 도데실황산나트륨 등의 음이온성 계면활성제, 브롬화테트라부틸암모늄 등의 양이온 계면활성제, 폴리옥시에틸렌솔비타모노라울레이트 등의 비이온성 계면활성제, 염화나트륨 등의 무기염 등을 들 수 있다. 첨가제의 농도는 섬유 형성 재료에 대하여 0.1중량%∼5중량%의 범위인 것이 바람직하고, 0.2중량%∼2중량%인 것이 보다 바람직하다. 0.1중량% 이상이면 사용에 알맞는 효과가 얻어지고, 5중량% 이하이면 액정 구동에 미치는 영향이 작아지기 때문에 바람직하다.
본 발명의 효과를 현저하게 해치지 않는 범위라면 상술한 것 이외의 성분도 초용액의 성분으로서 포함해도 된다.
초용액의 조제 방법은 특별히 한정되지는 않고, 교반이나 초음파 처리 등의 방법을 들 수 있다. 또한, 혼합의 순서도 특별히 한정되지는 않고, 동시에 혼합해도 되고, 순차적으로 혼합해도 된다. 교반에 의해 초용액을 조제하는 경우의 교반시간은 섬유 형성 재료가 용매에 균일하게 용해되어 있다면 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 1시간∼24시간 정도 교반해도 된다.
정전 방사에 의해 섬유를 얻기 위해서는 초용액의 점도를 10mPa·s∼5,000mPa·s의 범위로 조정하는 것이 바람직하고, 50mPa·s∼2,000mPa·s의 범위로 조정하는 것이 보다 바람직하다. 점도가 10mPa·s 이상이면 섬유를 형성하기 위한 예사성이 얻어지고, 5,000mPa·s 이하이면 초용액을 토출시키는 것이 용이하게 된다. 점도가 50mPa·s∼2,000cPmPa·s의 범위이면 넓은 방사 조건 범위에서 양호한 예사성이 얻어지므로 바람직하다. 액정 조성물(2a)과 초용액의 점도비(액정 조성물의 점도÷초용액의 점도)는 특별히 한정되지는 않지만, 0.02∼2.00의 범위인 것이 바람직하고, 0.05∼0.5의 범위인 것이 보다 바람직하다. 점도비가 0.02 이상이면 액정 조성물(2a)과 초용액과의 계면의 안정성이 우수하기 때문에 액정의 연속성이나 배향성이 우수한 복합 섬유(10)가 쉽게 얻어지기 때문에 바람직하고, 2.00 이하이면 초용액의 예사성을 충분히 만족할 수 있는 동시에, 액정 조성물(2a)의 점도를 낮게 억제할 수 있기 때문에 액정표시소자로서 양호한 특성을 만족시킬 수 있다. 초용액의 점도는 섬유 형성성 재료의 분자량, 농도나 용매의 종류나 혼합율을 적절히 변경함으로써 조정할 수 있다.
정전 방사에 의해 얻어지는 복합 섬유(10)에 있어서, 액정 조성물(2a)의 연속성이나 배향성이 우수한 섬유를 얻기 위해서는 초용액의 도전율을 0.1mS/m∼10.0mS/m의 범위로 조정하는 것이 바람직하고, 0.5mS/m∼2.0mS/m의 범위로 조정하는 것이 보다 바람직하다. 초용액의 도전율이 0.1mS/m 이상이면 전게에 의해 인출되는 속도가 빨라지기 때문에 액정 조성물(2a)의 연속성이나 배향성이 우수한 복합 섬유(10)가 쉽게 얻어지는 동시에, 복합 섬유(10)의 직경을 가늘게 할 수 있다. 용액의 도전율이 10.0mS/m 이하이면 방사 중의 전기장 간섭을 낮게 할 수 있어, 안정적으로 균일한 섬유를 얻을 수 있다. 초용액의 도전율은 용매의 종류나 혼합율, 첨가제의 종류나 농도를 적절하게 변경함으로써 조정할 수 있다.
방사액의 온도는 상온에서 방사할 수도 있고, 가열·냉각하여 방사해도 된다. 방사액을 토출시키는 방법으로서는, 예를 들어 펌프를 이용하여 실린지에 충진한 방사액을 노즐에서 토출시키는 방법 등을 들 수 있다. 노즐의 내경으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 0.1mm∼1.5mm의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 2중관 노즐을 이용하는 경우, 심측의 노즐의 내경은 0.1mm∼0.5mm의 범위인 것이 바람직하고, 0.1mm∼0.3mm인 것이 보다 바람직하다. 초측의 노즐의 내경은 0.2mm∼1.5mm의 범위인 것이 바람직하고, 0.2mm∼0.8mm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
방사액의 토출량으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 0.1ml/hr∼15ml/hr인 것이 바람직하다. 또한, 초용액과 액정 조성물(2a)을 따로따로 토출시키는 경우, 초용액의 토출량으로서는 0.5ml/hr∼15mL/hr의 범위인 것이 바람직하고, 1.0ml/hr∼8.0mL/hr의 범위인 것이 보다 바람직하다. 액정 조성물(2a)의 토출량으로서는 0.1ml/hr∼3mL/hr의 범위인 것이 바람직하고, 0.1ml/hr∼1.0mL/hr의 범위인 것이 보다 바람직하다.
또한, 액정 조성물(2a)과 초용액의 토출량의 비(액정 조성물의 토출량÷초용액의 토출량)은 0.01∼1.00의 범위인 것이 바람직하고, 0.05∼0.30의 범위인 것이 보다 바람직하다. 액정 조성물(2a)과 초용액의 토출량의 비가 0.01 이상이면 액정 조성물(2a)의 연속성을 높일 수 있고, 0.05 이상이면 연속성을 충분한 것으로 할 수 있다. 또한, 1.00 이하이면 액정 조성물(2a)이 섬유로부터 누출되기 어려워지고, 0.30 이하이면 충분히 누출되기가 어려워지는 동시에, 복합 섬유(10)의 외형 및 내경을 가늘게 할 수 있다는 효과도 거둔다.
전계를 작용시키는 방법으로서는 노즐과 콜렉터에 전계를 형성시킬 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 노즐에 고전압을 인가시키고, 콜렉터를 접지해도 된다. 인가시키는 전압은 섬유가 형성되면 특별히 한정되지는 않지만, 5kV∼50kV의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 노즐과 콜렉터의 거리는 섬유가 형성되면 특별히 한정되지는 않지만, 5cm∼30cm의 범위인 것이 바람직하다. 콜렉터는 방사된 섬유를 포집할 수 있는 것이면 되고, 그 소재나 형상 등은 특별히 한정시키는 것은 아니다. 콜렉터의 소재로서는 금속 등의 도전성 재료가 적절하게 이용된다. 콜렉터의 형상으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 평판상, 컨베이어상, 드럼상, 디스크상, 격자상 등을 들 수 있다.
본 발명에서의 복합 섬유(10)의 포집 방법으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 드럼상 또는 디스크상의 콜렉터를 고속회전시키는 방법, 격자상의 콜렉터를 이용하는 방법이 바람직하다. 이러한 포집 방법을 이용하면 섬유를 임의의 방향으로 배열시킬 수 있게 된다. 드럼상 또는 디스크상의 콜렉터의 회전속도로서는 특별히 한정되지는 않지만, 그 주속도(周速度)로서는 50m/min∼2,000m/min의 범위인 것이 바람직하고, 100m/min∼1,000m/min의 범위인 것이 보다 바람직하다. 주속도가 50m/min 이상이면 복합 섬유(10)를 회전 방향을 따라 배열시키는 것이 가능하며, 100m/min 이상이면 배열이 충분한 것이 된다. 또한, 2,000m/min 이하이면 회전에 의해 생기는 기류의 영향을 저감하는 것이 가능하며, 1,000m/min 이하이면 충분히 저감할 수 있고, 안정적으로 포집할 수 있게 된다. 격자상 콜렉터를 이용하는 경우, 격자의 간격으로서는, 예를 들어 10mm∼200mm의 범위를 예시할 수 있다. 또한, 격자의 형상으로서는 정방형, 장방형, 마름모형, 정삼각형, 정육각형, 파형 등을 예시할 수 있다.
도 2는 2중관 노즐을 이용한 복합 섬유 제조 장치(200)의 개략도이다. 복합 섬유 제조 장치(200)는 2중관 노즐(210)을 갖고, 2중관 노즐(210)의 외측 노즐(212)이 초성분 형성 재료(4a)인 초용액(L1)을 토출하고, 내측 노즐(214)이 액정 조성물(L2(2a))를 토출한다. 섬유를 포집하는 콜렉터(216)가 2중관 노즐(210)의 아래쪽에 마련되어 있다. 또한, 전원(218)이 2중관 노즐(210)과 콜렉터(216) 사이에 전계를 작용시켜 토출된 방사액(초용액(L1)과 액정 조성물(L2))을 섬유화한다.
상술한 바와 같이, 본 장치에서는 초성분 형성 재료(4a)(초용액(L1))와 액정 조성물(L2(2a))이 다른 노즐(212, 214)에서 토출된다. 이러한 방법이라면 초성분 형성 재료(4a)와 액정 조성물(2a)의 각각이 개별적으로 초성분(4)과 심성분(2)이 되면서 액정 내포 복합 섬유(10)가 형성되고, 초성분 형성 재료(4a)와 액정 조성물(2a)이 실질적으로 분리되어 있는 상태가 확보된다.
복합 섬유 집합체
본 발명에서의 복합 섬유 집합체는 특별히 한정되지는 않지만, 액정을 내포한 복합 섬유(10)가 1축 배열되어 있는 것이 바람직하다. 복합 섬유(10)가 1축 배열되어 있는 경우에는 복합 섬유가 갖는 각종 특성을 이방적으로 발현시킬 수 있고, 예를 들어 고콘트라스트의 액정 표시 소자로서 적절하게 이용할 수 있다. 복합 섬유(10)의 배열의 정도는 섬유 배열 각도의 표준 편차에 의해 평가할 수 있고, 섬유 배열 각도의 표준 편차가 작으면 배열도가 높다고 말할 수 있다. 섬유 배열 각도의 표준 편차가 20°이하인 것이 바람직하고, 15°이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 복합 섬유(10)는 랜덤하게 배치되어 있어도 된다. 랜덤하게 배치되어 있는 경우에는 각종 특성을 등방적으로 발현시킬 수 있다.
복합 섬유 집합체의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 1㎛∼20㎛의 범위인 것이 바람직하고, 2㎛∼10㎛의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 두께가 1㎛ 이상이면 액정 소자로서의 기능을 충분히 만족시킬 수 있고, 두께가 20㎛ 이하이면 광 투과량을 충분히 높게 할 수 있게 된다.
복합 섬유 집합체에서의 복합 섬유(10)가 차지하는 면적율은 80% 이상인 것이 바람직하고, 95% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복합 섬유(10)를 기판(30) 상에 복수 배치하여 복합 섬유 집합체(20)를 형성할 수 있다. 이 경우, 바인더(40)를 충진하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 형성함으로써 액정 표시 소자(100)로서 사용할 수 있다. 즉, 종래와 같이 배향막을 형성하지 않고 액정층을 기판상에 형성하는 것이 가능하게 되어, 액정 표시 소자의 제조 비용을 대폭 억제할 수 있게 된다. 또한, 기판(30)은 유리 기판에 의해서도 작성 가능하지만, 구부림이 가능한 수지 기판 등에 의해 작성함으로써 액정 표시 소자(100)를 구부림 가능한 플렉시블 액정 표시 소자로서 구성할 수 있다.
본 발명에서의 복합 섬유는 액정이 섬유 내부에서 연속적으로 분포되어 있기 때문에 디스플레이용 액정 소자나 파장선택 반사용 액정 소자로서 적절하게 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예들에 의해 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예들 중에 나타낸 물성치의 측정 방법 또는 정의를 이하에 나타낸다.
1) 복합 섬유 중의 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물의 연속성
주식회사 니콘제의 편광 현미경을 이용하여, 크로스니콜 상태에서 복합 섬유를 관찰하여 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물의 연속성을 확인하였다.
2) 복합 섬유 중의 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물의 배향 상태
주식회사 니콘재의 편광 현미경을 이용하여, 크로스니콜 상태에서 복합 섬유를 회전시켜서 관찰하여 복합 섬유의 광 투과량의 변화를 관찰하였다.
3) 복합 섬유의 평균외경 및 외경의 표준 편차
주사형 전자현미경을 이용하여, 복합 섬유를 배율 500배∼5,000배로 관찰하여 얻어진 화상으로부터 50개의 외경을 측정하여, 평균값 및 표준 편차를 산출하였다.
실시예 1 및 2에서 이용한 액정 조성물 A
액정 조성물 A의 조성은 이하와 같다.
[화학식 20]
Figure pct00022
실시예 1
폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 Sigma-Aldrich사 제품) 10중량부, 에탄올(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 36중량부, 크롤로포름(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 54중량부로 이루어지는 점도 36mPa·s의 초용액을 제작하였다.
이어서, 실린지 펌프로 내경 0.22mm의 노즐에, 점도 20mPa·s의 액정 조성물 A를 0.2mL/hr, 내경 0.8mm의 노즐에 초용액을 6.0mL/hr로 밀어내는 동시에, 노즐에 20kV의 전압을 인가하고, 접지된 콜렉터에 복합 섬유를 랜덤하게 포집하였다. 니들과 콜렉터의 거리는 23cm로 하였다. 얻어진 복합 섬유의 편광 현미경 사진을 도 4에 나타낸다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 복합 섬유 중의 액정 조성물은 연속적으로 분포되어 있었다. 또한, 복합 섬유를 회전시켜서 관찰한 바, 광 투과량의 변화가 확인되었기 때문에 복합 섬유 중의 액정은 섬유축에 대하여 수직 방향 또는 평행 방향으로 배향하고 있는 것이 시사되었다.
또한, 복합 섬유의 주사형 전자현미경 사진을 도 5에 나타낸다. 도 5에서 얻어진 복합 섬유의 평균 외경은 3.64㎛, 외경의 표준 편차는 0.42㎛이며, 외경의 CV값은 12%였다.
실시예 2
폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 Sigma-Aldrich사 제품) 10중량부, 에탄올(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 36중량부, 클로로포름(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 54중량부, 초산암모늄(나카라이테스크 주식회사 제품) 0.1중량부로 이루어지는 점도 360mPa·s의 초용액을 제작하였다.
이어서, 실린지 펌프로 내경 0.22mm의 노즐에 점도 20mPa·s의 액정 조성물 A를 0.4mL/hr, 내경 0.8mm의 노즐에 초용액을 2.0mL/hr로 밀어내는 동시에, 노즐에 15kV의 전압을 인가하고, 접지된 콜렉터에 복합 섬유를 랜덤하게 포집하였다. 니들과 콜렉터의 거리는 20cm로 하였다. 얻어진 복합 섬유 중의 액정 조성물은 연속적으로 분포되어 있고, 복합 섬유를 회전시킴으로써 커다란 광 투과량의 차가 확인되었다. 또한, 복합 섬유의 주사형 전자현미경 사진을 도 6에 나타낸다.
도 6에서, 얻어진 복합 섬유의 평균 외경은 1.60㎛, 외경의 표준 편차는 0.25㎛이며, 외경의 CV값은 16%였다.
비교예 1
폴리유산(Cargill Dow LLC사 제품) 7.3중량부, 액정 재료로서 4-펜틸-4'-시아노비페닐(5CB; 멜크사 제품) 10.1중량부, 클로로포름(Sigma-Aldrich사 제품) 69.5중량부, 아세톤(Sigma-Aldrich사 제품) 23.2중량부로 이루어지는 방사액을 제작하였다. 이어서, 실린지 펌프로 내경 0.41mm의 노즐에 방사액을 0.6mL/hr로 밀어내는 동시에, 노즐과 ITO를 도포한 유리 기판 사이에 20kV의 전압을 인가하고, 기판 상에 복합 섬유를 포집하였다. 얻어진 복합 섬유 중의 액정의 구동 전압은 80V 정도로 높았다. 폴리머 성분이 액정 재료와 혼합된 상태를 포함하기 때문에 액정의 배향이 흐트러졌기 때문이라고 추측되었다.
비교예 2
폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 Acros사 제품) 12.5중량부, 에탄올(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 87.5중량부, 염화나트륨(1급; 나카라이테스크 주식회사 제품) 0.5중량부로 이루어지는 초용액을 제작하였다. 이어서, 네마틱 혼합물(RO-TN-403/015S; Hoffmann-La Roche사 제품) 50중량부와 키랄제((S)-4-cyano-4-(2-methylbutyl)-biphenyl; Synthon Cheminals사 제품) 50중량부의 액정 조성물을 제작하였다. 이어서, 실린지 펌프로 내경 0.25mm의 노즐에 상기 액정 조성물을 0.7mL/hr, 내경 1.0mm의 노즐에 초용액을 1.8mL/hr로 밀어내는 동시에, 노즐에 10kV의 전압을 인가하고, 접지된 콜렉터에 복합 섬유를 랜덤하게 포집하였다. 니들과 콜렉터의 거리는 10cm로 하였다.
복합 섬유 중의 액정 조성물은 연속적으로 분포되어 있지만, 편광 현미경 관찰에서의 광 투과량의 변화가 작았다. 또한, 얻어진 복합 섬유의 평균 외경은 5.2㎛이며, 액정 배향이 흐트러져 있는 것이 시사되었다.
본 발명을 상세하게 또한 특정의 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 자명한 일이다. 본 출원은 2014년 12월 8일 출원한 일본특허출원(특원2014-248413)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명에 의해 현재의 액정 표시 소자의 제조 공정에 있어서, 배향막을 형성하는 공정을 간략화할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다. 본 발명에 의해 액정 표시 소자의 플렉시블화를 달성할 수 있다.
2: 심성분 2a: 액정 조성물
2b: 할로겐계 액정 화합물 4: 초성분
4a: 초성분 형성 재료 10: 액정 내포 복합 섬유(복합 섬유)
20: 복합 섬유 집합체 30: 기판
40: 바인더 100: 액정 표시 소자
200: 복합 섬유 제조 장치 210: 2중관 노즐
212: 외측 노즐 214: 내측 노즐
216: 콜렉터 218: 전원
d: 외경 L: 내경(심성분의 외경)
L1: 초용액 L2: 액정 조성물

Claims (6)

  1. 액정 조성물을 심성분으로 하는 초심형의 복합 섬유에 있어서, 상기 액정 조성물이 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복합 섬유의 평균 외경이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 심성분에 있어서, 상기 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 상기 액정 조성물이 연속적으로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐계 액정 화합물을 포함하는 상기 액정 조성물이 섬유축에 대하여 평행 방향 또는 수직 방향으로 배향하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복합 섬유의 외경의 변동 계수(CV값)가 20% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 내포 복합 섬유.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 내포 복합 섬유를 1축 배열시켜서 형성한 것을 특징으로 하는 복합 섬유 집합체.
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