KR20190008878A - 광 변조 소자 - Google Patents

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베른트 피브란츠
페터 베스트
마이케 크룸비데
시몬 지미아노브스키
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 2 개의 대향하는 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질, 및 기판의 주 평면 또는 콜레스테릭 액정 매질의 층에 실질적으로 수직인 전계의 인가를 허용할 수 있는 전극 어레인지먼트를 포함하는, 바람직하게는 이로 구성된 광 변조 소자에 관한 것으로서, 이때 상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 제공되거나 정렬 층이 제공되지 않는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 광 변조 소자의 제조 방법, 및 다양한 유형의 광학 및 전기-광학 장치, 예컨대 전기-광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치 및 광학 정보 저장 장치에서의 상기 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다.

Description

광 변조 소자
본 발명은, 2 개의 대향하는(opposing) 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질, 및 기판의 주 평면(main plane) 또는 콜레스테릭 액정 매질의 층에 실질적으로 수직인 전계의 인가를 허용할 수 있는 전극 어레인지먼트(arrangement)를 포함하는, 바람직하게는 이로 구성된 광 변조 소자에 관한 것으로서, 이때 상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 제공되거나 정렬 층이 제공되지 않는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 광 변조 소자의 제조 방법, 및 다양한 유형의 광학 및 전기-광학 장치, 예컨대 전기-광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치 및 광학 정보 저장 장치에서의 상기 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 정보를 표시하는 데 널리 사용된다. LCD는 투사형 디스플레이뿐만 아니라 직시형 디스플레이에도 사용된다. 여전히 대부분의 디스플레이에 사용되는 전광 모드는 다양한 변형을 갖는 비틀린(twisted) 네마틱(TN) 모드이다. 이 모드 외에도, 다양한 변형을 갖는, 초(super) 비틀린 네마틱(STN) 모드 및 보다 최근에는 광학 보상된 벤드(OCB) 모드 및 전기적으로 제어된 복굴절(ECB) 모드, 예를 들어 수직 정렬된 네마틱(VAN) 모드, 패턴화된 ITO 수직 정렬된 네마틱(PVA) 모드, 중합체 안정화된 수직 정렬된 네마틱(PSVA) 모드 및 다중 도메인 수직 정렬된 네마틱(MVA) 모드 등의 사용이 증가하고 있다. 이러한 모든 모드는 기판에 실질적으로 수직인 전계를 각각 액정 층에 사용한다. 이들 모드 외에도, 기판 또는 액정 층에 실질적으로 평행한 전계를 사용하는 전기-광학 모드 예를 들면 평면내 스위칭(짧은 IPS) 방식(예컨대, 독일 특허 제 40 00 451 호 및 유럽 특허 제 0 588 568 호에 기술된 바와 같은 것) 및 프린지 필드 스위칭(FFS) 모드도 존재한다. 특히, 나중에 언급되는 전기-광학 방식(이는, 우수한 시야각 특성 및 개선된 반응 시간을 가짐)이 최신 데스크탑 모니터 및 심지어 TV용 디스플레이 및 멀티미디어 용도에 점점 더 많이 사용되고 있으며, 따라서 TN-LCD와 경쟁하고 있다.
이들 디스플레이에 더하여, 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 콜레스테 릭 액정을 사용하는 새로운 디스플레이 모드가 소위 "플렉소일렉트릭(flexoelectric)" 효과를 이용하는 디스플레이에 사용하기 위해 제안되었으며, 이는 특히 문헌[Meyer et al., Liquid Crystals 1987, 58, 15]; 문헌[Chandrasekhar, "Liquid Crystals", 2nd edition, Cambridge University Press (1992)]; 및 문헌[P.G. deGennes et al., "The Physics of Liquid Crystals", 2nd edition, Oxford Science Publications (1995)]에 기재되어 있다.
플렉소일렉트릭 효과를 이용하는 디스플레이는 전형적으로 500 μs 내지 3 ms의 빠른 응답 시간을 특징으로 하며 또한 우수한 그레이 스케일 기능을 특징으로 한다.
이들 디스플레이에서, 콜레스테릭 액정은 예를 들어 "균일하게 놓인 나선형" 배열(ULH)을 지향하며, 이는 이러한 디스플레이 모드로 지칭되기도 한다. 이 목적을 위해, 네마틱 물질과 혼합되는 키랄 물질은 상기 네마틱 물질을 콜레스테릭 물질과 동등한 키랄 네마틱 물질로 변형시키면서 나선형 비틀림을 유도한다.
균일하게 놓인 나선형 텍스처는 전형적으로 0.2 μm 내지 2 μm, 바람직하게는 1.5 μm 이하, 특히 1.0 μm 이하의 짧은 피치를 갖는 키랄 네마틱 액정을 사용하여 구현되며, 이 피치는 액정 셀의 기판에 평행한 나선형 축을 따라 일방향으로 정렬된다. 이러한 구성에서, 키랄 네마틱 액정의 나선 축은 복굴절 판의 광축과 동등하다.
나선형 축에 수직인 이러한 구성에 전기장이 인가되면, 표면 안정화된 강유전성 액정 디스플레이에서와 같이, 강유전성 액정의 방향자(director)가 회전하는 것과 유사하게 광축이 셀의 평면 내에서 회전된다.
플렉소일렉트릭 모드를 이용하는 액정 디스플레이에서, 경사각(θ)은 셀의 x-y 평면에서의 광학 축의 회전을 기술한다. 이 효과를 사용하여 백색 상태와 암 상태를 생성하는 두 가지 기본 방법이 있다. 이 두 가지 방법의 가장 큰 차이점은, 요구되며, 제로 필드(zero field) 상태에서 ULH에 대한 광축에 대한 편광기의 투과 축의 배향으로 된 경사각이다.
"θ 모드" 및 "2θ 모드"의 주요 차이점은, 제로 필드 상태의 액정의 광축이 편광기 축 중 하나와 평행하거나(2θ 모드의 경우) 또는 편광기 축 중 하나에 대해 22.5°의 각으로(θ 모드의 경우) 된 것이다. θ 모드에 대한 2θ 모드의 장점은, 셀에 인가된 필드가 없을 때 액정 디스플레이가 흑색으로 나타난다는 것이다. 그러나, θ 모드의 장점은 2θ 모드에 비해 스위칭 각의 절반 만이 이 모드에 필요하기 때문에 e/K가 낮을 수 있다는 것이다.
광축의 회전 각(φ)은 하기 식 (1)에 의해 우수한 근사값으로 제공된다:
Figure pct00001
(1)
상기 식에서,
P0는 콜레스테릭 액정의 비-교란(undisturbed) 피치이고,
Figure pct00002
는 스플레이 플렉소일렉트릭 계수(e스플레이)와 벤드 플렉소일렉트릭 계수(e벤드)의 평균[
Figure pct00003
=1/2(e스플레이+e벤드)]이고,
E는 전계 강도이고,
K는 스플레이 탄성 상수(k11)와 벤드 탄성 상수(k33)의 평균[K=1/2(k11+k33)]이고,
Figure pct00004
는 플렉소-탄성 비라 한다.
상기 회전 각은 플렉소일렉트릭 스위칭 소자의 스위칭 각의 1/2이다.
이러한 전기-광학 효과의 응답 시간(τ)은 하기 식 (2)에 의해 우수한 근사식으로 주어진다:
Figure pct00005
(2)
상기 식에서,
γ는 나선의 왜곡(distortion)과 관련된 유효 점성 계수이다.
나선을 풀기 위한 임계 전계(Ec)는 하기 식 (3)으로부터 얻을 수 있다:
Figure pct00006
(3)
상기 식에서,
k22는 트위스트 탄성 상수이고,
ε0은 진공의 유전율이고,
Δε은 액정의 유전 이방성이다.
그러나, ULH 디스플레이의 대량 생산을 방해하는 주된 장애는 그 정렬이 본질적으로 불안정하고, 지금까지, 단일 표면 처리(평면, 수직 또는 경사)가 ULH 텍스처의 추가적 지향성(directionality)과 함께 에너지적으로 안정한 상태를 제공하지 않는다는 점이다. 이 때문에, 종래의 셀을 사용하는 경우에 다량의 결함이 존재하기 때문에, 고품질의 암 상태를 얻는 것이 어렵다.
표면 또는 벌크 중합체 네트워크상의 중합체 구조를 주로 포함하는 ULH 정렬을 개선하려는 시도는 예를 들면 문헌[Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 113503 " Periodic anchoring condition for 정렬 of a short pitch cholesteric liquid crystal in uniform lying helix texture"]; 문헌[Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 011102, "Short pitch cholesteric electro-optical device based on periodic polymer structures"]; 문헌[J. Appl. Phys.2006, 99, 023511, "Effect of polymer concentration on stabilized large-tilt-angle flexoelectro-optic switching"]; 문헌[J. Appl. Phys.1999, 86, 7, "Alignment of cholesteric liquid crystals using periodic anchoring"]; 문헌[Jap. J. Appl. Phys. 2009, 48, 101302, "Alignment of the Uniform Lying Helix Structure in Cholesteric Liquid Crystals"] 또는 US 2005/0162585 A1에 기재되어 있다.
ULH 정렬을 향상시키기 위한 또 다른 시도는 문헌[Carbone et al. in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2011, 544, 37 - 49]에서 제안되었다. 저자들은 안정한 ULH 텍스처의 형성을 촉진하기 위해 2-광자 여기 레이저-리쏘그래피 공정에 의해 UV 경화성 물질을 경화시킴으로써 생성된 표면 릴리프(relief) 구조를 이용했다.
그러나 상술한 모든 시도는 바람직하지 않은 처리 단계를 필요로 하며, 이는 특히 LC 장치의 대량 생산을 위한 일반적으로 공지된 방법과 양립할 수 없다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은 종래 기술의 단점을 가지지 않고 바람직하게는 상기 및 하기 언급한 이점을 갖는 ULH 모드의 대안적인 또는 바람직하게 개선된 플렉소일렉트릭 광 변조 소자를 제공하는 것이다.
이러한 장점은, 다른 것들 중에서도, 유리한 높은 스위칭 각, 양호한 빠른 응답 시간, 어드레싱에 필요한 유리한 저전압, 일반적인 구동 전자 장치와의 호환성, 및 마지막으로 ULH 텍스처의 장기간 안정한 정렬에 의해 달성되어야 하는 유리하고 실제로 어두운 "오프 상태"이다.
본 발명의 다른 목적은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 즉시 명백해진다.
놀랍게도, 본 발명자들은, 2 개의 대향하는 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질, 및 기판의 주 평면 또는 콜레스테릭 액정 매질의 층에 실질적으로 수직인 전계의 인가를 허용할 수 있는 전극 어레인지먼트를 포함하는, 바람직하게는 이로 구성된 광 변조 소자를 제공함으로써 전술된 목적 중 하나 이상이 성취될 수 있음을 확인하였고, 이때 상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 임의로 제공되는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 광 변조 소자에서의 콜레스테릭 액정 물질의 ULH 텍스처의 안정성은 현저하게 향상되고, 최종적으로 종래 기술의 장치에 비해 개선된 어두운 "오프" 상태를 초래한다.
용어 및 정의
용어 "액정", "준결정(mesomorphic) 화합물" 또는 "메소젠성 화합물"(또한 간단히 "메소젠"이라 함)은 온도, 압력 및 농도의 적절한 조건하에서 중간상(mesophase)(네마틱, 스멕틱 상 등) 또는 특히 LC 상으로서 존재할 수 있는 화합물을 의미한다. 비-양친성 메소젠성 화합물은 예를 들어 하나 이상의 칼라미틱(calamitic), 바나나-형상 또는 디스코틱(discotic) 메소젠성 기를 포함한다.
용어 "메소젠성 기"는 이러한 맥락에서 액정(LC) 상 거동을 유도할 수 있는 능력을 가진 기를 의미한다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물은 반드시 LC 상 자체를 나타낼 필요는 없다. 다른 화합물과의 혼합물에서만 LC 상 거동을 나타내는 것도 가능하다. 단순화를 위해, 용어 "액정"은 메소젠성 및 LC 물질 모두에 대해 이하에서 사용된다.
본원 전반에 걸쳐, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "아릴 및 헤테로아릴 기"는 일환형 또는 다환형일 수 있는 기를 포함하고, 즉 1개의 고리(예컨대, 페닐) 또는 융합되거나(예컨대, 나프틸) 공유적으로 연결된(예컨대, 바이페닐) 2개 이상의 고리일 수 있거나, 융합된 고리와 연결된 고리의 조합을 함유할 수 있다.
헤테로아릴 기는 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. 탄소수 6 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기와 탄소수 2 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기가 특히 바람직하고, 이 기들은 임의로 융합된 고리를 포함하고, 임의로 치환된다. 또한, 5, 6 또는 7-원 아릴과 헤테로아릴 기가 바람직하고, 이때, 또한, 하나 이상의 CH 기가, 산소 원자 및/또는 황 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, N, S 또는 O로 대체될 수 있다. 바람직한 아릴 기는, 예컨대, 페닐, 바이페닐, 터페닐, [1, 1':3',1'']터페닐-2'-일, 나프틸, 안트라센, 바이나프틸, 페난프렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스피로바이플루오렌이 바람직하고, 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌이 더욱 바람직하다.
바람직한 헤테로아릴 기는, 예컨대, 5-원 고리, 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 퓨란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸, 1,3,4-티아다이아졸, 6월 고리, 예컨대 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진, 또는 축합된 기, 예컨대 인돌, 이소-인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프티이미다졸, 페난트리미다졸, 피리미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤족사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜 또는 상기 기들의 조합이다. 헤테로아릴 기는 또한 알킬, 알콕시, 티오알킬, 플루오린, 플루오로알킬 또는 추가 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
본원의 맥락에서, "(비-방향족) 지환족 및 헤테로환 기"는 포화 고리(즉, 단일 결합만을 포함하는 고리)와 부분적으로 불포화된 고리(즉, 다중 결합 역시 포함할 수 있는 고리) 모두를 지칭한다. 헤테로고리는 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. (비-방향족) 지환족 및 헤테로환 기는 일환형(즉, 하나의 고리만은 포함함)(예를 들어, 사이클로헥산) 또는 다환형(즉, 복수의 고리를 포함함)(예를 들어, 데카하이드로-나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)일 수 있다. 포화된 기가 특히 바람직하다. 또한, 임의로는 융합된 고리를 포함하고 임의로 치환되는 탄소수 3 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 기가 바람직하다. 또한, 5-, 6-, 7- 또는 8-원 탄소환형 기가 바람직하고, 이때, 하나 이상의 탄소 원자가 또한 Si로 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있다. 바람직한 지환족 및 헤테로환 기는, 예컨대 사이클로헵탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘과 같은 5-원 기, 사이클로헥산, 실리네인, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티안, 피페리딘과 같은 6-원 기, 사이클로헵탄과 같은 7-원 기, 및 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메탄오인단-2,5-다이일, 더욱 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌, 3,17-헥사데카하이드로-사이클로펜타[a]페난트렌과 같은 융합된 기이고, 임의로는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다. 특히 바람직한 아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환 기는 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌, 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌 및 3,17-헥사데카하이드로사이클로펜타[a]-페난트렌이고, 이들은 임의로 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다.
아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환 기(L)의 바람직한 치환기는, 예컨대 알킬 또는 알콕시와 같은 용해성-촉진 기, 및 불소, 나이트로 또는 나이트릴과 같은 전자-끌기 기이다.
특히 바람직한 치환기는, 예컨대, 할로겐, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2 또는 OC2F5이다.
상기 및 하기 "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.
또한, 상기 및 하기 용어 "알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등은, 예를 들어 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등과 같은 다가 기를 지칭한다. 용어 "아릴"은 방향족 탄소 기 또는 그들로부터 유도된 기를 나타낸다. 용어 "헤테로아릴"은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는, 상기 정의에 따른 "아릴"을 나타낸다.
바람직한 알킬 기는, 예컨대, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 2-에틸헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, n-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실, 도데카닐, 트라이플루오로메틸, 퍼플루오로-n-부틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로헥실 등이다.
바람직한 알콕시 기는, 예컨대, 메톡시, 에톡시, 2-메톡시에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시이다.
바람직한 알케닐 기는, 예컨대, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 사이클로펜테닐, 헥세닐, 사이클로헥세닐, 헵테닐, 사이클로헵테닐, 옥테닐, 사이클로옥테닐이다.
바람직한 알키닐 기는, 예컨대 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 헥시닐, 옥티닐이다.
바람직한 아미노 기는, 예컨대, 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노이다.
용어 "키랄"은 일반적으로 그 거울상에 대해 비-중첩성인 물체를 기술할 때 사용된다.
"아키랄"(비-키랄) 물체는 그의 거울상과 같은 물체이다.
"키랄 네마틱"과 "콜레스테릭"이라는 용어는 본원에서 달리 명시하지 않는 한 동의어로 사용된다.
키랄 물질에 의해 유도된 피치(P0)는 사용된 키랄 물질의 농도(c)에 반비례하는 제1 근사치이다. 이러한 관계의 비례 상수는 키랄 물질의 나선형 비틀림력(helical twisting power, HTP)이라 하고 하기 식으로 정의된다:
Figure pct00007
(5)
상기 식에서, c는 키랄 화합물의 농도이다.
용어 "바이메소젠성 화합물"은 분자 내에 2개의 메소젠성 기를 포함하는 화합물에 관한 것이다. 보통의 메소젠처럼, 바이메소젠성 화합물은 그 구조에 따라 많은 메조상(mesophase)을 형성할 수 있다. 특히, 바이메소젠성 화합물은 네마틱 액정 매질에 첨가될 때 제2 네마틱 상을 유도할 수 있다. 바이메소젠성 화합물은 또한 "이량체성 액정"으로 알려져 있다.
"자외선 (UV) 빛"은 약 400nm 내지 200nm 범위의 파장을 갖는 전자기 방사선이다.
용어 "방향자"는 종래 기술에 공지되어 있고, 액정 분자의 긴 분자 축(칼라 미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자 축(디스코틱 화합물의 경우)의 바람직한 배향 방향을 의미한다. 이러한 이방성 분자의 일축 오더링(ordering)의 경우, 방향자는 이방성의 축이다.
"정렬" 또는 "배향"이라는 용어는 "정렬 방향"으로 지칭되는 통상의 방향에서 소분자 또는 대분자의 단편과 같은 물질의 이방성 단위의 정렬(방향성 배치)과 관련된다. 정렬 층 또는 액정 물질에서는, 배향 방향이 물질의 이방성 축의 방향에 대응하도록 액정 방향자가 배향 방향과 일치한다.
액정 물질 층에서 "평면 정렬/정렬"이라는 용어는 예를 들어 액정 분자의 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 액정 분자의 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 실질적으로 평행(약 180°)하게 배향되는 것을 의미한다.
액정 물질 층에서 "호메오트로픽 배향/정렬"이라는 용어는 예를 들어 액정 분자의 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 액정 분자의 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 대해 약 80° 내지 90°의 각 θ("경사각")으로 배향되는 것을 의미한다.
예를 들어 액정 물질의 층에서의 액정 물질의 "균일한 배향" 또는 "균일한 정렬"이라는 용어는, 긴 분자 축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자 축(디스코틱의 경우 화합물)이 실질적으로 동일한 방향으로 배향되는 것을 의미한다. 즉, 액정 방향자의 라인은 평행하다.
"가공된 정렬 층"이라는 용어는, 액정 분자에 대해 바람직한 배향 방향을 도입하기 위해 기계적으로 처리되거나(러빙(rubbing)되거나) 광에 노출된(바람직하게는 편광된 UV 노출을 사용한 광-정렬) 정렬 층을 포함한다.
가공 후 물질의 원래의 물리화학적 에너지(예: 표면 에너지) 및/또는 기하학적 구조(예: 러빙에 의한 폴리이미드 물질의 그루브 또는 지향된 면(directed side) 사슬)가 변화된다. 러빙 기술과 같은, 정렬 층의 상이한 처리에 대한 상세한 설명은 문헌[T. Uchida and H. Seki, "Surface Alignment of Liquid Crystals," Chapter 5 of Liquid Crystals: Applications and Uses, vol. 3, edited by B. Bahadur, World Scientific, 1995] 또는 [Jacques Cognard, "Alignment of Nematic Liquid Crystals and their Mixtures", Supplement 1, Dec. 1982. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York]을 참조한다.
"미가공된 정렬 층"이라는 용어는, 단지 코팅만 되고 더 이상 가공되지 않은 정렬 층을 포함하며, 이로써 물질의 본래의 물리화학적 에너지(예를 들어, 표면 에너지) 및/또는 기하학적 구조는 변하지 않는다.
달리 명시하지 않는 한, 본원에서 일반적으로 언급되는 광의 파장은 550 nm이다.
복굴절률(Δn)은 본원에서 하기 식으로 정의된다:
Δn = ne - no (6)
상기 식에서, ne는 이상 굴절률이고, no는 정상 굴절률이고, 평균 굴절률(nav.)은 하기 식으로 주어진다.
nav. = [(2no 2 + ne 2)/3]1/2 (7)
이상 굴절률(ne) 및 정상 굴절률(no)은 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 측정될 수 있다.
ULH/USH 모드의 경우, 유전체 이방성(Δε)은 가능한 한 작아야 하며, 어드레싱 전압을 인가할 때 나선의 풀림을 방지해야 한다. 바람직하게는 Δε는 0보다 약간 높고, 매우 바람직하게는 0.1 이상이지만, 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 7 이하, 가장 바람직하게는 5 이하이어야 한다. 본원에서 "양의 유전율"이라는 용어는 Δε>3.0인 화합물 또는 성분에 사용되고, "중성 유전율"이라는 용어는 -1.5≤Δε≤3.0인 화합물 또는 성분에 사용되며, "음의 유전율"이라는 용어는 Δε<-1.5인 화합물 또는 성분에 사용된다. Δε은 1 kHz의 주파수 및 20℃에서 결정된다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중의 각각의 개별 화합물의 10% 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 매질 중의 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 농도는 생성 매질이 적어도 그 특성을 결정할 수 있을 만큼 충분히 안정할 때까지 2배 감소한다. 그러나, 상기 결과의 유의성을 가능한 한 높게 유지하기 위해서는 상기 농도를 바람직하게는 5% 이상으로 유지해야 한다. 시험 혼합물의 커패시턴스는 수직(호메오트로픽) 정렬 및 수평 정렬을 가진 셀에서 측정한다. 상기 두 유형의 셀에서의 광 변조 소자간격은 약 20 μm이다. 인가된 전압은 주파수가 1 kHz이고 근평균제곱 값이 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V인 직사각형 파이지만, 이는 항상 각각의 시험 혼합물의 용량성 문턱 값 미만이 되도록 선택된다.
Δε은 (ε∥-ε⊥)으로 정의되고, εav.는 (ε∥+2ε⊥)/3으로 정의된다.
화합물의 유전율은 관심 화합물의 첨가시 호스트 매질의 각각의 값들의 변화로부터 결정한다. 이들 값을 100% 관심 화합물의 농도로 외삽한다. 전형적 호스트 매질은 ZLI-4792 또는 BL-087이며, 둘다 다름슈타트 소재의 메르크로부터 시판된다.
본 발명에서,
Figure pct00008
는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,
Figure pct00009
는 1,4-페닐렌을 나타낸다.
또한, 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]은 본원의 액정 물질과 관련하여 정의되지 않은 용어에 적용된다.
적합하고 바람직한 중합체 기판 물질은, 예를 들어 사이클로 올레핀 중합체(COP), 사이클릭 올레핀 공중합체(COC), 폴리에스터, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌-나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리카보네이트(PC) 또는 트라이아세틸셀룰로오스(TAC)의 필름, 매우 바람직하게는 PET 또는 TAC 필름이다. PET 필름은 듀퐁 테이진 필름스(DuPont Teijin Films)로부터 멜리넥스(Melinex?)라는 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다. COP 필름은 예를 들어 제온 케미칼스 엘피(Zeon Chemicals L.P.)로부터 상표명 제오노(Zeonor?) 또는 제오넥스(Zeonex?)로 상업적으로 입수가능하다. COC 필름은 예를 들어 토파스 어드밴스드 폴리머스 인코포레이티드(Topas Advanced Polymers Inc.)로부터 상표명 토파스(Topas?)로 상업적으로 입수가능하다.
기판 층은, 예를 들어 스페이서 또는 층 내의 돌출 구조에 의해 서로 한정된 간격으로 유지될 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 당업자에게 일반적으로 알려져 있으며 예를 들어 플라스틱, 실리카, 에폭시 수지 등으로부터 선택된다.
바람직하게는, 두 기판 모두 유리 플레이트이다.
기판은, 콜레스테릭 액정 매질의 스페이서 또는 층 내의 돌출 구조에 의해 서로 한정된 간격으로 유지될 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 당업자에게 일반적으로 알려져 있으며 바람직하게는 플라스틱, 실리카, 에폭시 수지 등으로부터 선택된다.
바람직하게는, 기판은, 다른 것으로부터 약 1 μm 내지 약 20 μm 범위, 바람직하게는 다른 것으로부터 약 1.5 μm 내지 약 10 μm 범위, 더욱 바람직하게는 다른 것으로부터 약 2 μm 내지 약 5 μm의 범위의 간격으로 배열된다. 따라서, 콜레스테릭 액정 매질의 층은 사이 공간에 위치한다.
바람직하게는, 광 변조 소자는, 기판 주 평면 또는 콜레스테릭 액정 매질 층에 실질적으로 수직인 전계의 인가를 허용할 수 있는 전극 어레인지먼트를 포함한다. 이 요건을 충족시키는 적절한 전극 어레인지먼트는 일반적으로 전문가에게 알려져 있다.
바람직하게는, 광 변조 소자는 기판의 대향 측면 상에 제공된 적어도 2 개의 전극 구조를 포함하는 전극 어레인지먼트를 포함한다. 바람직하게는, 상기 전극 구조는 각각의 기판, 및/또는 픽셀 영역의 전체 대향 표면 상에 전극 층으로서 제공된다.
적합한 전극 물질은, 예를 들어, 본 발명에 따라 바람직한, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 금속 또는 금속 산화물로 제조된 전극 구조와 같이 전문가에게 일반적으로 공지되어 있다.
예컨대, ITO의 박막은 바람직하게는 물리적 증착, 전자 빔 증발 또는 스퍼터 침착 기법에 의해 기판 상에 침착된다.
바람직하게는, 광 변조 소자의 전극은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 소자와 관련된다.
전술 및 후술되는 바와 같은 본 발명에 따른 광 변조 소자는 하나의 가공된 정렬 층 및 임의로 하나의 미가공된 정렬 층을 포함한다.
바람직하게는, 가공된 또는 미가공된, 사용되는 정렬 층 재료는 각각 독립적으로 인접한 액정 분자에 대해 호메오트로픽 정렬, 경사형 호메오트로픽 또는 평면 정렬을 유도할 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 정렬 층 물질은, 각각의 경우 인접한 액정 분자에 평면 정렬을 유도할 수 있다.
전형적인 호메오트로픽 정렬 층 물질은 예를 들어 알콕시실란, 알킬트라이클로로실란, CTAB, 레시틴 또는 폴리이미드, 바람직하게는 폴리이미드로 제조된 층과 같이 전문가에게 일반적으로 알려져 있다.
적합한 평면 폴리이미드는 예를 들어 모두 JSR로부터 상업적으로 입수가능한 AL-3046 또는 AL-1254이다.
전형적으로, 정렬 층 물질은, 스핀 코팅, 롤-코팅, 딥 코팅 또는 블레이드 코팅과 같은 통상적인 코팅 기술에 의해, 증착 또는 전문가에게 공지된 통상적인 인쇄 기술, 예컨대 스크린 인쇄, 오프셋(offset) 인쇄, 릴-투-릴(reel-to-reel) 인쇄, 활판 인쇄, 그라비어 인쇄, 로토그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 오목 인쇄, 패드 인쇄, 열-밀봉 인쇄, 잉크젯 인쇄, 또는 스탬프 또는 인쇄판에 의한 인쇄에 의해 기판 또는 전극 구조 상에 적용될 수 있다
가공된 정렬 층은 바람직하게는 당업자에게 공지된 러빙 기술에 의해 가공된다. 러빙 방향은 중요하지 않으며, 기판 주 평면에 대해 바람직하게는 +/- 45°의 범위, 보다 바람직하게는 ± 20°의 범위, 더욱 바람직하게는 ± 10°의 범위, 특히 바람직하게는 +/- 5 °의 범위이며, 라잉(lying) 나선의 바람직한 배향을 정의한다.
바람직한 실시양태에서, 광 변조 소자는, 대향하는 면 상에 전극 구조가 각각 제공된, 2 개의 대향하는 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되며, 이때 상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 정렬 층이 없다.
따라서, 제 1의 바람직한 실시양태에 따른 광 변조 소자는 바람직하게는 다음과 같은 층 스택을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성된다:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판.
제 2의 바람직한 실시양태에서, 광 변조 소자는, 대향하는 면 상에 전극 구조가 각각 제공된, 2 개의 대향하는 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되며, 이때 상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 제공된다.
따라서, 본 발명에 따른 광 변조 소자는 하기의 층 스택을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성된다:
- 제 1 기판
- 제 1 전극 구조,
- 미가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판.
추가의 바람직한 실시양태에서, 특히 단지 하나의 (가공된) 정렬 층이 존재하는 경우, 광 변조 소자는 임의로, 정렬 층에 의해 덮이지 않은 전극 구조 상에 제공된 적어도 하나의 유전체 층을 포함한다.
일반적인 유전체 층 물질은 예를 들어 SiOx, SiNx, 사이톱(Cytop), 테플론(Teflon) 및 PMMA와 같이 당업자에게 일반적으로 공지되어 있다.
유전체 층 물질은 스핀 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 또는 PVD 또는 CVD와 같은 진공 침착과 같은 통상적인 코팅 기법에 의해 기판 또는 전극 층 상에 적용될 수 있다. 이는 또한 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 릴-투-릴 인쇄, 활판 인쇄, 그라비어 인쇄, 로토그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 오목 인쇄, 패드 인쇄, 열-밀봉 인쇄, 잉크젯 인쇄, 또는 스탬프 또는 인쇄판에 의한 인쇄와 같은 당업자에게 공지된 통상의 인쇄 기법에 의해 기판 또는 전극 층에 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 광 변조 소자는 2개 이상의 편광기를 포함하며, 이들 중 하나 이상은, 액정 매질 층의 한쪽 면에 배열되고, 이들 중 하나 이상은 액정 매질 층의 반대쪽 면에 배열된다. 본원에서 액정 매질 층 및 편광기는 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다.
편광기는 선형 편광기일 수 있다. 바람직하게는, 정확히 2개의 편광기가 상기 광 변조 소자에 존재한다. 이러한 경우, 이들 편광기가 둘 다 선형 편광기인 것이 또한 바람직하다. 2개의 선형 편광기가 상기 광 변조 소자에 존재하는 경우, 본 발명에 따라, 2개의 편광기의 편광 방향이 교차되는 것이 바람직하다.
또한, 2개의 원형 편광기가 상기 광 변조 소자에 존재하는 경우, 이들이 동일한 편광 방향을 갖는 것(즉, 이들 둘 다 우선식 환형-편광되거나 또는 둘 다 좌선식 환형-편광되는 것)이 바람직하다.
편광기는 반사식 또는 흡수식 편광기일 수 있다. 본원의 의미에서 반사식 편광기는, 하나의 편광 방향을 갖는 광 또는 하나의 유형을 갖는 환형-편광된 광을 반사하며, 다른 편광 방향을 갖는 광 또는 다른 유형의 환형-편광된 광은 투과한다. 대응적으로, 흡수식 편광기는 하나의 편광 방향을 갖는 광 또는 하나의 유형을 갖는 환형-편광된 광을 흡수하며, 다른 편광 방향을 갖는 광 또는 다른 유형의 환형-편광된 광은 투과한다. 반사 또는 흡수는 일반적으로 정량적이지 않으며, 이는, 편광기를 통과하는 광의 완전한 편광이 일어나지 않음을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해, 흡수식 및 반사식 편광기가 둘 다 사용될 수 있다. 얇은 광학 필름 형태의 편광기를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 광 변조 소자에 사용될 수 있는 반사식 편광기의 예는 DRPF(확산 반사식 편광기 필름, 쓰리엠(3M)), DBEF(이중 휘도 향상 필름, 쓰리엠), DBR(미국 특허 제 7,038,745 호 및 제 6,099,758 호에 기술된 바와 같은, 층상-중합체 분산된 브래그(Bragg) 반사기) 및 APF(고급 편광기 필름, 쓰리엠)이다.
본 발명에 따른 광 변조 소자에 사용될 수 있는 흡수식 편광기의 예는 이토스(Itos) XP38 편광기 필름 및 니토 덴코(Nitto denko) GU-1220DUN 편광기 필름이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 원형 편광기의 예는 APNCP37-035-STD 편광기(아메리칸 폴라라이저스(American Polarizers))이다. 다른 예는 CP42 편광기(이토스(ITOS))이다.
따라서, 다른 바람직한 실시양태에 따른 광 변조 소자는 다음의 층 스택을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성된다:
- 편광기,
- 기판,
- 전극 구조,
- 임의적 유전체 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 전극 구조,
- 기판, 및
- 편광기.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 광 변조 소자는 하기의 층 스택을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성된다:
- 편광기,
- 기판,
- 전극 구조,
- 미가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 전극 구조,
- 기판, 및
- 편광기
또한, 상기 광 변조 소자는, 특정 파장의 광을 차단하는 필터, 예를 들어 UV 필터를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라, 당업자에게 통상적으로 공지된 다른 기능 층, 보호 필름 및/또는 보상 필름이 또한 존재할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 광 변조 소자에 적합한 콜레스테릭 액정 매질은 하나 이상의 바이메소젠성 화합물 및 하나 이상의 키랄 화합물을 포함한다.
ULH-모드의 바이메소젠성 화합물을 고려하여, 콜레스(Coles) 그룹은 이량체성 액정의 구조-특성 관계에 관한 논문(Coles et al., 2012 (Physical Review E 2012, 85, 012701))을 발표했다.
다른 바이메소젠성 화합물은 일반적으로 종래 기술로부터 공지되어 있다(문헌[Hori, K., Limuro, M., Nakao, A., Toriumi, H., J. Mol. Struc. 2004, 699, 23-29] 또는 GB 2 356 629 참조).
액정 거동을 나타내는 대칭 이량체성 화합물은 박주훈 등의 문헌["Liquid Crystalline Properties of Dimers Having o-, m- and p- Positional Molecular structures", Bill. Korean Chem. Soc., 2012, Vol. 33, No. 5, pp. 1647-1652]에 추가로 개시되어 있다.
플렉소일렉트릭 장치에 대한 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 유사한 액정 조성물은 EP 0 971 016, GB　2　356　629 및 문헌[Coles, H.J., Musgrave, B., Coles, M.J., and Willmott, J., J. Mater. Chem., 11, p. 2709-2716 (2001)]으로부터 공지되어 있다. EP　0　971　016은 플렉소일렉트릭 계수가 높은 메조젠성 에스트라다이올에 대해 보고하고 있다.
전형적으로, ULH 모드를 사용하는 광 변조 소자에 있어서, 콜레스테릭 액정 매질의 광학 지연 d*Δn(유효값)은 하기 식을 만족해야 한다:
sin2(π·d·Δn/λ) = 1 (8)
상기 식에서,
d는 셀 간격이고,
λ는 빛의 파장이다.
상기 식의 우변에 대한 편차 허용치는 +/- 3%이다.
적절한 콜레스테릭 액정 매질의 유전 이방성(Δε)은 어드레싱 전압의 인가시 나선의 풀림이 방지되도록 선택되어야 한다. 전형적으로, 적합한 액정 매질의 Δε은 바람직하게는 -2 이상, 더욱 바람직하게는 0 이상, 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 5 이하, 가장 바람직하게는 3 이하이다.
사용된 콜레스테릭 액정 매질은 바람직하게는 약 65℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 70℃ 이상, 더욱더 바람직하게는 80℃ 이상, 특히 바람직하게는 약 85℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 약 90℃ 이상의 등명점을 갖는다.
본 발명에 따라 사용된 콜레스테릭 액정 매질의 네마틱 상은 바람직하게는 적어도 약 0℃ 이하 내지 약 65℃ 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 약 -20℃ 이하 내지 약 70℃ 이상, 매우 바람직하게는 적어도 약 -30℃ 이하 내지 약 70℃ 이상, 특히 약 -40℃ 이하 내지 약 90℃ 이상의 온도로 연장된다. 개별적인 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질의 네마틱 상은 약 100℃ 이상 심지어 약 110℃ 이상의 온도까지 연장될 필요가 있다.
전형적으로, 본 발명에 따른 광 변조 소자에 사용되는 콜레스테릭 액정 매질은 바람직하게는 하기 화학식 A-I 내지 A-III의 화합물 군으로부터 선택되는 바이메소젠성 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pct00010
상기 식에서,
R11 및 R12, R21 및 R22, 및 R31 및 R32는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS, 또는 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일- 또는 다중치환되는, 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 또한, 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
MG11 및 MG12, MG21 및 MG22, 및 MG31 및 MG32는, 각각 독립적으로 메소젠성 기이고,
Sp1, Sp2 및 Sp3는, 각각 독립적으로, 탄소수 5 내지 40의 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 또한, O-MG11 및/또는 O-MG12에 연결된 Sp1, MG21 및/또는 MG22에 연결된 Sp2, 및 X31 및 X32에 연결된 Sp3의 CH2 기를 제외하고는, 2개의 O 원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기들이 서로 인접하지 않고 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기들이 서로 인접하지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X31 및 X32는, 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 -S-로부터 선택된 연결 기이고, 대안적으로, 이들 중 하나는 또한 -O- 또는 단일 결합일 수 있고, 또한 대안적으로, 이들 중 하나는 -O-이고 다른 하나는 단일 결합일 수 있다.
바람직하게 사용되는 것은 하기 기 정의를 가진 하기 화학식 A-I 내지 A-III의 화합물이다:
Sp1, Sp2 및 Sp3는, 각각 독립적으로 -(CH2)n-이고, 이때
n은 1 내지 15, 가장 바람직하게는 홀수 정수이고, 이때, 하나 이상의 -CH2- 기가 -CO-로 대체될 수 있다.
특히 하기 기 정의를 가진 화학식 A-III의 화합물이다:
-X31-Sp3-X32-는 -Sp3-O-, -Sp3-CO-O-, -Sp3-O-CO-, -O-Sp3-, -O-Sp3-CO-O-, -O-Sp3-O-CO-, -O-CO-Sp3-O-, -O-CO-Sp3-O-CO-, -CO-O-Sp3-O- 또는 -CO-O-Sp3-CO-O-이고, 단, -X31-Sp3-X32-에서 2개의 O 원자들은 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기들은 서로 인접하며 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기들은 서로 인접하지 않는다.
더욱 바람직하게는 하기 기 정의를 가진 화학식 A-I의 화합물이다:
MG11 및 MG12는, 서로 독립적으로, -A11-(Z1-A12)m-이고, 이때,
Z1은 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
A11 및 A12는, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌(이때, 또한 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때, 하나 또는 2개의 비인접한 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로-(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일 또는 다이스피로[3.1.3.1] 데칸-2,8-다이일이고, 이들 모든 기는 비치환되거나, F, Cl, CN, 또는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 알콕시, 알킬카보닐 또는 알콕시카보닐 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환될 수 있고, 이때 하나 이상의 H 원자가 F 또는 Cl로 치환될 수 있고,
m은 0, 1, 2 또는 3이다.
더욱 바람직하게는 하기 기 정의를 가진 화학식 A-II의 화합물이다:
MG21 및 MG22는, 서로 독립적으로 -A21-(Z2-A22)m-이고, 이때,
Z2는 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
A21 및 A22는, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌(이때, 또한 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때, 하나 또는 2개의 비인접한 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로-(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일 또는 다이스피로[3.1.3.1] 데칸-2,8-다이일이고, 이들 모든 기는 비치환되거나, F, Cl, CN, 또는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 알콕시, 알킬카보닐 또는 알콕시카보닐 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환될 수 있고, 이때 하나 이상의 H 원자가 F 또는 Cl로 치환될 수 있고,
m은 0, 1, 2 또는 3이다.
더욱 바람직하게는 하기 기 정의를 가진 화학식 A-III의 화합물이다:
MG31 및 MG32는, 서로 독립적으로 -A31-(Z3-A32)m-이고, 이때,
Z3는 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
A31 및 A32는, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌(이때, 또한 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때, 하나 또는 2개의 비인접한 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로-(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일 또는 다이스피로[3.1.3.1] 데칸-2,8-다이일이고, 이들 모든 기는 비치환되거나, F, Cl, CN, 또는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 알콕시, 알킬카보닐 또는 알콕시카보닐 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환될 수 있고, 이때 하나 이상의 H 원자가 F 또는 Cl로 치환될 수 있고,
m은 0, 1, 2 또는 3이다.
바람직하게는 화학식 A-III의 화합물은, 바람직하게는 상이한 메소젠성 기 MG31 및 MG32를 갖는 비대칭 화합물이다.
일반적으로 바람직한 것은, 메소젠성 기에 존재하는 에스터 기의 편광기가 모두 동일한 방향에서 배향된, 즉 모두 -CO-O- 또는 모두 -O-CO-인, 화학식 A-I 내지 A-III의 화합물이다.
특히 바람직한 것은 화학식 A-I 및/또는 A-II 및/또는 A-III의 화합물이고, 이때, 메소젠성 기(MG11 및 MG12) 및 (MG21 및 MG22) 및 (MG31 및 MG32)의 각각의 쌍은, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1개, 2개 또는 3개의 6-원자 고리, 바람직하게는 2개 또는 3개의 6-원자 고리를 포함한다.
중합성 기, 예컨대 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 포함하지 않는 화학식 A-I 및/또는 A-II 및또는 A-III의 화합물이 특히 바람직하다.
바람직한 메소젠성 기의 더 작은 군이 하기에 나열되어 있다. 간략하게 하기 위해, 이러한 기의 Phe는 1,4-페닐렌이고, PheL 은 1 내지 4개의 L 기로 치환된 1,4-페닐렌 기이고, 이때 L은 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, 또는 탄소수 1 내지 7의 임의로 플루오르화된 알킬, 알콕시 또는 알카노일 기, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 특히 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3 및 OCF3, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3 및 COCH3이고, Cyc는 1,4-사이클로헥실렌이다. 이들의 목록은 하기 도시된 하위 화학식 및 이의 거울상을 포함한다.
Figure pct00011
특히 바람직한 것은, 하위화학식 II-1, II-4, II-6, II-7, II-13, II-14, II-15, II-16, II-17 및 II-18이다.
이들 바람직한 기 Z에서, 각각의 경우 독립적으로, 상기 MG21 및 MG22에 주어진 Z1의 의미 중 하나를 갖는다. 바람직하게는 Z는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -C≡C- 또는 단일 결합이고, 특히 바람직한 것은 단일 결합이다.
매우 바람직하게는 메소젠성 기 MG11 및 MG12, MG21 및 MG22 및 MG31 및 MG32는, 각각 독립적으로, 하기 화학식 및 이의 거울상으로부터 선택된다.
매우 바람직하게는, 메소젠성 기 MG11 및 MG12, MG21 및 MG22, 및 MG31 및 MG32의 하나 이상의 개별적인 쌍, 및 바람직하게는 이들 모두는, 각각 및 독립적으로, 하기 화학식 IIa 내지 IIn(2개의 참조 번호 "II i" 및 "II l"은, 혼동을 피하기 위해 의도적으로 생략함) 및 이의 거울 상으로부터 선택된다.
Figure pct00012
Figure pct00013
상기 식에서,
L은, 각각의 경우 독립적으로, F 또는 Cl, 바람직하게는 F이고,
r은, 각각의 경우 독립적으로, 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0, 1 또는 2이다.
이들의 바람직한 화학식에서,
Figure pct00014
기는 매우 바람직하게는
Figure pct00015
, 또한
Figure pct00016
를 나타낸다.
특히 바람직한 것은, 하위 화학식 IIa, IId, IIg, IIh, IIi, IIk 및 IIo, 특히 하위 화학식 IIa 및 IIg이다.
비-극성 기를 갖는 화합물의 경우, R11, R12, R21, R22, R31 및 R32는, 바람직하게는 탄소수 15 이하 알킬 또는 탄소수 2 내지 15의 알콕시이다.
만일 R11 및 R12, R21 및 R22, 및 R31 및 R32가, 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 즉, 말단 CH2 기가 -O-로 대체되는 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄 일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄의, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는, 예를 들어 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시, 헵톡시, 또는 옥틸, 또한, 메틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시이다.
하나의 CH2 기가 -O-로 대체되는 경우, 옥사알킬은 바람직하게는, 예를 들어, 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3-, 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4-, 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5-, 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사노닐 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-,7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.
말단 극성 기를 갖는 화합물의 경우, R11 및 R12, R21 및 R22, 및 R31 및 R32는, CN, NO2, 할로겐, OCH3, OCN, SCN, CORx, COORx, 또는 탄소수 1 내지 4의 단일- 올리고- 또는 다중플루오르화된 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택된다. Rx는 탄소수 1 내지 4, 바람직하게는 탄소수 1 내지 3의 임의로 플루오르화된 알킬이다. 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다.
특히 바람직하게는, 각각의 화학식 A-I, A-II, A-III에서, R11 및 R12, R21 및 R22, 및 R31 및 R32가 H, F, Cl, CN, NO2, OCH3, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, C2F5, OCF3, OCHF2, 및 OC2F5, 특히, H, F, Cl, CN, OCH3 및 OCF3, 특히 H, F, CN 및 OCF3로부터 선택된다.
또한, 비키랄 분지 기 R11 및/또는 R21 및/또는 R31을 포함하는 화학식 A-I, A-II, A-III의 화합물은, 각각, 예를 들어, 결정화에 대한 경향에서의 감소 때문에 가끔 중요해질 수 있다. 이러한 유형의 분지 기는 일반적으로 하나 초과의 분지 쇄를 포함하지 않는다. 바람직한 비키랄 분지 기는 이소프로필, 이소부틸(=메틸프로필), 이소펜틸(=3-메틸부틸), 이소프로폭시, 2-메틸-프로폭시 및 3-메틸부톡시이다.
스페이서 기 Sp1, Sp2 및 Sp3는, 바람직하게는, 탄소수 5 내지 40, 특히 탄소수 5 내지 25, 매우 바람직하게는 탄소수 5 내지 15의 선형 또는 분지형 알킬렌 기이고, 이때, 하나 이상의 비인접한 및 비-말단 CH2 기는 또한, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있다.
"말단" CH2 기는 메소젠성 기에 직접 부착된 것이다. 따라서, "비-말단" CH2 기는 메소젠성 기 R11 및 R12, R21 및 R22 및 R31 및 R32에 직접 부착되지 않는다.
전형적인 스페이서 기는, 예를 들어 -(CH2)o-, -(CH2CH2O)p-CH2CH2-이고, 이때, o가 5 내지 40, 특히 5 내지 25, 매우 바람직하게는 5 내지 15의 정수이고, p가 1 내지 8, 특히 1, 2, 3 또는 4의 정수이다.
바람직한 스페이서 기는, 예를 들어, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 다이에틸렌옥시에틸렌, 다이메틸렌옥시부틸렌, 펜텐일렌, 헵텐일렌, 노넨일렌 및 운데센일렌이다.
특히 바람직한 것은, Sp1, Sp2, Sp3가 각각 탄소수 5 내지 15의 알킬렌인, 화학식 A-I, A-II 및 A-III의 화합물이다. 직쇄 알킬렌 기가 특히 바람직하다.
바람직한 것은, 6, 8, 10, 12 및 14 개의 탄소 원자를 갖는 짝수 개의 직쇄 알킬렌을 갖는 스페이서 기이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는, 바람직하게는 5, 7, 9, 11, 13 및 15개의 탄소 원자를 갖는 홀수개의 직쇄 알킬렌을 갖는 스페이서 기이다. 매우 바람직한 것은 5, 7, 또는 9 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬렌 스페이서이다.
특히 바람직한 것은, Sp1, Sp2, Sp3가 각각 완전히 중수소화된 탄소수 5 내지 15의 알킬렌인 화학식 A-I, A-II 및 A-III의 화합물이다. 매우 바람직한 것은, 중수소화된 직쇄 알킬렌 기이다. 가장 바람직한 것은 부분 중수소화된 직쇄 알킬렌 기이다.
화학식 A-I의 바람직한 화합물은, 메소젠성 기 R11-MG11- 및 R12-MG1-가 상이한 화학식 A-I의 화합물이다. 특히 바람직한 것은, 화학식 A-I의 R11-MG11- 및 R12-MG12-가 동일한 화학식 A-I의 화합물이다.
화학식 A-I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 A-I-1 내지 A-I-3의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pct00017
상기 식에서, 변수 n은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 3, 5, 7 또는 9, 더욱 바람직하게는 5, 7 또는 9이다.
화학식 A-II의 바람직한 화합물은 하기 화학식 A-II-1 내지 A-II-4의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pct00018
상기 식에서, 변수 n은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 3, 5, 7 또는 9, 더욱 바람직하게는 5, 7 또는 9이다.
화학식 A-III의 바람직한 화합물은 하기 화학식 A-III-1 내지 A-III-12의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pct00019
상기 식에서, 변수 n은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 3, 5, 7 또는 9, 더욱 바람직하게는 5, 7 또는 9이다.
화학식 A-I의 특히 바람직한 예시적인 화합물은 하기 화합물이다:
대칭 화합물:
Figure pct00020
및 비대칭 화합물:
Figure pct00021
.
화학식 A-II의 특히 바람직한 예시적인 화합물은 하기 화합물이다:
대칭 화합물:
Figure pct00022
및 비대칭 화합물:
Figure pct00023
.
화학식 A-III의 특히 바람직한 예시적인 화합물은 하기 화합물이다:
대칭 화합물:
Figure pct00024
및 비대칭 화합물:
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
.
화학식 AI 내지 A-III의 바이메소젠성 화합물은 거시적으로 균일한 배향으로 쉽게 정렬될 수 있고 적용된 액정 매질에서 높은 탄성 상수 k11 및 높은 플렉소일렉트릭 계수 e를 유도하기 때문에 플렉소일렉트릭 액정 디스플레이에서 특히 유용하다.
화학식 A-I 내지 A-III의 화합물은, 그 자체로 공지된 방법 및 유기 화학의 표준 방법[예컨대, Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 방법에 따라 또는 유사하게 합성될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 콜레스테릭 액정 매질은 임의로 하나 이상의 네마토젠성(nematogenic) 화합물을 포함하며, 이는 바람직하게는 하기 화학식 B-I 내지 B-III의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pct00028
상기 식에서,
LB11 내지 LB31은 독립적으로 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나는 H이고 다른 하나는 H 또는 F이고, 가장 바람직하게는 둘 다가 H 또는 둘 다 F이다.
RB1, RB21 및 RB22 및 RB31 및 RB32는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS, 또는 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일- 또는 다중치환되는, 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 또한, 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
XB1은 F, Cl, CN, NCS, 바람직하게는 CN이고,
ZB1, ZB2 및 ZB3은 각각의 경우에 독립적으로 -CH2-CH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2-O-, -O- CF2-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2-CH2-, -CO-O-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
Figure pct00029
및
Figure pct00030
은, 각각의 경우 독립적으로,
Figure pct00031
, 바람직하게는
Figure pct00032
이고,
다르게는
Figure pct00033
중 하나 이상이
Figure pct00034
이고,
n은 1, 2 또는 3, 바람직하게는 1 또는 2이다.
추가로 바람직한 것은, 하기 화학식 B-I-1 내지 B-I-5의 군, 바람직하게는 화학식 B-I-1, B-I-2, B-I-3, B-I-5 및/또는 B-I-6의 군으로부터 선택되는 화학식 B-I의 하나 이상의 네마토젠을 포함하는 콜레스테릭 액정 매질이다:
Figure pct00035
Figure pct00036
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB1은, 12개 이하의 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,
XB1은 F, Cl, CN, NCS, OCF3, 바람직하게는 CN, OCF3 또는 F이고,
LB11 및 LB12는, 독립적으로 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나는 H이고 다른 하나는 H 또는 F이고, 가장 바람직하게는 둘 모두가 H이다.
추가로 바람직한 것은, 하기 화학식 B-II-1 내지 B-II-5의 군, 바람직하게는 화학식 B-II-1 및/또는 B-II-5의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화학식 B-II의 네마토젠을 포함하는 콜레스테릭 액정 매질이다:
Figure pct00037
Figure pct00038
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB21 및 RB22는, 독립적으로, 탄소수 12 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 더욱 바람직하게는 RB21은 알킬이고, RB22는 알킬, 알콕시 또는 알켄일이고, 화학식 B-II-1에서 가장 바람직하게는 알켄일, 특히 비닐 또는 1-프로펜일이고, 화학식 B-II-2에서, 가장 바람직하게는 알킬이다.
추가로 바람직한 것은, 하나 이상의 화학식 B-III, 바람직하게는 화학식 B-III-1 내지 B-III-10의 군, 가장 바람직하게는 화학식 B-III-10으로부터 선택되는 하나 이상의 네마토젠을 포함하는 콜레스테릭 액정 매질이다:
Figure pct00039
Figure pct00040
상기 식에서, 변수들은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
RB31 및 RB32는, 독립적으로, 탄소수 12 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 더욱 바람직하게는 RB31은 알킬이고, RB32는 알킬, 알콕시 및 가장 바람직하게는 알콕시이고,
LB22, LB31 및 LB32는, 독립적으로 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나는 H이고 다른 하나는 H 또는 F이고, 가장 바람직하게 둘 모두가 H이다.
화학식 B-I 내지 B-III의 화합물은, 그 자체로 공지된 방법 및 유기 화학의 표준 방법 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 방법에 따라 또는 유사하게 합성될 수 있다.
ULH 모드에 적합한 콜레스테릭 액정 매질은 적합한 나선형 비틀림력(HTP)을 갖는 하나 이상의 키랄 화합물, 특히 WO 98/00428에 개시된 것들을 포함한다.
바람직하게는, 키랄 화합물은 하기 화학식 C-I 내지 C-III의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pct00041
(후자는 각각의 (S,S) 거울상 이성질체를 포함한다)
상기 식에서, E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌이고, v는 0 또는 1이고, Z0는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고, R은 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알콕시 또는 알카노일이다.
특히 바람직한 콜레스테릭 액정 매질은 적어도 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하며, 그 자체가 반드시 액정 상을 나타내지 않아도 좋고 양호한 균일한 정렬을 제공할 필요가 없다.
화학식 C-II의 화합물 및 이의 합성이 WO　98/00428에 기술되어 있다. 특히 바람직한 것은 하기 표 D에 도시된 화합물 CD-1이다. 화학식 C-III의 화합물 및 이의 합성은 GB 2 328 207에 기술되어 있다.
또한, 전형적으로 사용되는 키랄 화합물은 예를 들어 시판중인 R/S-5011, CD-1, R/S-811 및 CB-15(메르크 카게아아, 독일 다름슈타트 소재)이다.
전술한 키랄 화합물 R/S-5011 및 CD-1 및 화학식 C-I, C-II 및 C-III의 (다른) 화합물은 매우 높은 나선형 비틀림력(HTP)을 나타내므로, 본 발명의 목적에 특히 유용하다.
콜레스테릭 액정 매질은 바람직하게는 상기 화학식 C-II, 특히 CD-1 및/또는 화학식 C-III 및/또는 R-5011 또는 S-5011로부터 선택되는 1 내지 5개, 특히 1 내지 3개, 매우 바람직하게는 1 또는 2개의 키랄 화합물, 매우 바람직하게는 키랄 화합물은 R-5011, S-5011 또는 CD-1이다.
콜레스테릭 액정 매질 중의 키랄 화합물의 양은 전체 혼합물의 바람직하게는 0.5 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 5 중량%이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 소량(예를 들어, 0.3 중량%, 전형적으로는 1 중량% 미만)의 중합성 화합물을 상기 콜레스테릭 액정 매질에 첨가하고, 광 변조 소자에 도입된 후, 통상적으로 UV 광 중합에 의해 인-시튜(in-situ) 중합되거나 가교 결합된다. "반응성 메소젠"(RM)으로 알려진 중합성 메소젠 또는 액정 화합물을 LC 혼합물에 첨가하는 것은 ULH 텍스처를 더욱 안정화시키기 위해 특히 적합하다는 것이 입증되었다(예를 들어, 문헌[Lagerwall et al., Liquid Crystals 1998 , 24, 329-334]).
적합한 중합성 액정 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 D의 화합물 군으로부터 선택된다:
P-Sp-MG-R0 D
상기 식에서,
P는 중합성 기이고,
Sp는 스페이서 기 또는 단일 결합이고,
MG는, 바람직하게는 하기 화학식 M으로부터 선택되는, 막대(rod)-형상의 메소젠성 기이고:
-(AD21-ZD21)k-AD22-(ZD22-AD23)l- M
상기 식에서,
AD21 내지 AD23은 각각의 경우에 서로 독립적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 임의로 치환되는 아릴-, 헤테로아릴-, 헤테로사이클릭- 또는 지환족 기, 바람직하게는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 임의로 치환되는 1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌, 1,4-피리딘, 1,4-피리미딘, 2,5-티오펜, 2,6-다이티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜, 2,7-플루오렌, 2,6-나프탈렌 또는 2,7-페난트렌이고,
ZD21 및 ZD22는 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -O-COO-, -CO-NR01-, -NR01-CO-, -NR01-CO-NR02, -NR01-CO-O-, -O-CO-NR01-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR01-, -CY01=CY02-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -CO-O-, -O-CO-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F 또는 Cl이고,
R0는 임의로 플루오르화된 H 또는 탄소수 1 내지 20, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 15의 알킬, 알콕시, 티오알킬, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 또는 Y0 또는 P-Sp-이고,
Y0는 F, Cl, CN, NO2, OCH3, OCN, SCN, 탄소수 1 내지 4의 임의로 플루오르화된 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시, 또는 탄소수 1 내지 4의 모노-, 올리고- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, OCH3 또는 탄소수 1 내지 4의 모노-, 올리고- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시이고,
Y01 및 Y02는 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN이고,
R01 및 R02는 각각 독립적으로 상기 정의된 R0과 같은 의미를 갖고,
k 및 l은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 0, 1 또는 2, 가장 바람직하게는 1이다.
바람직한 중합성 모노-, 다이- 또는 다중반응성 액정 화합물은 예를 들어 WO 93/22397, EP 0 261 712, DE 195 04 224, WO 95/22586, WO 97/00600, US 5,518,652, US 5,750,051, US 5,770,107 및 US 6,514,578에 개시되어 있다.
바람직한 중합성 기는, CH2=CW1-COO-, CH2=CW1-CO-,
Figure pct00042
Figure pct00043
, CH2=CW2-(O)k3-, CW1=CH-CO-(O)k3-, CW1=CH-CO-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH3-CH=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN- 및 W4W5W6Si-로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이때, W1은 H, F, Cl, CN, CF3, 페닐, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, F, Cl 또는 CH3이고, W2 및 W3은 각각 서로 독립적으로 H, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고, W4, W5 및 W6은 각각 서로 독립적으로 Cl, 탄소수 1 내지 5의 옥사알킬 또는 옥사카보닐알킬이고, W7 및 W8은 각각 서로 독립적으로 H, Cl, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고, Phe는 P-Sp-가 아닌 상기 정의된 하나 이상의 라디칼 L로 임의로 치환되는 1,4-페닐렌이고, k1, k2 및 k3은 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이고, k3은 바람직하게는 1이고, k4는 1 내지 10의 정수이다.
특히 바람직한 기 P는 CH2=CH-COO-, CH2=C(CH3)-COO-, CH2=CF-COO-, CH2=CH-, CH2=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-,
Figure pct00044
이고, 특히 비닐옥시, 메타크릴레이트, 플루오로아크리레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드이다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 화학식 I* 및 II*의 중합성 화합물 및 이의 하위 화학식은, 하나 이상의 라디칼 P-Sp- 대신에, 2개 이상의 중합성 기 P를 함유하는 하나 이상의 분지형 라디칼(다작용성 중합성 라디칼)이다. 이러한 유형의 적합한 라디칼 및 이들을 함유하는 중합성 화합물은 예를 들어 US 7,060,200 B1 또는 US 2006/0172090 A1에 기재되어 있다. 특히 바람직한 것은 하기의 화학식으로부터 선택되는 다작용성 중합성 라디칼이다:
Figure pct00045
상기 식에서,
알킬은 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지형 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -C(Rx)=C(Rx)-, -C≡C-, -N(Rx)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 이때, Rx는 상기 나타낸 의미를 갖고, 바람직하게는 상기 정의된 R0를 나타내고,
aa 및 bb는 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
X는 X'에 대해 나타낸 의미 중 하나를 갖고,
P1 내지 P5는 각각 서로 독립적으로 상기 P에 대해 나타낸 의미 중 하나를 갖는다.
바람직한 스페이서 기 Sp는 화학식 Sp'-X'로부터 선택되어, 라디칼 "P-Sp-"가 화학식 "P-Sp'-X'-"를 따르며, 여기서
Sp'은 1 내지 20개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬 렌을 나타내고, 이는 임의로 F, Cl, Br, I 또는 CN에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있고, 또한 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -NRx-, -SiRxRxx-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NRx-CO-O-, -O-CO-NRx-, -NRx-CO-NRx-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체되고,
X'은 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRx-, -NRx-CO-, -NRx-CO-NRx-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CRx-, -CY2=CY3-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -O-, -S, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRx-, -NRx-CO-, -NRx-CO-NRx- 또는 단일 결합을 나타내고,
Rx 및 Rxx는 각각 서로 독립적으로 H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
Y2 및 Y3은 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.
전형적인 스페이서 기 Sp'은 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiRxRxx-O)p1-이고, 이때, p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, Rx 및 Rxx는 상기한 의미를 갖는다.
특히 바람직한 기 -X'-Sp'-은 -(CH2)p1-, -O-(CH2)p1-, -OCO-(CH2)p1- 또는 -OCOO-(CH2)p1-이다.
특히 바람직한 기 Sp'은 예를 들어 각각의 경우에 직쇄 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에테닐렌, 프로페닐렌 및 부테닐렌이다.
추가로 바람직한 중합성 일-, 이- 또는 다반응성 액정 화합물을 하기 목록에 나타낸다:
Figure pct00046
Figure pct00047
Figure pct00048
Figure pct00049
상기 식에서,
P0는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 중합성 기, 바람직하게는 아크릴, 메타크릴, 옥세탄, 에폭시, 비닐, 비닐옥시, 프로페닐 에터 또는 스티렌 기이고,
A0는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 1, 2, 3 또는 4개의 L 기로 임의로 치환되는 1,4-페닐렌, 또는 트랜스-1,4-사이클로헥 실렌이고,
Z0는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 0, 1 또는 2이고,
t는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 0, 1, 2 또는 3이고,
u 및 v는 서로 독립적으로 0, 2, 또는 2이고,
w는 0 또는 1이고,
x 및 y는 서로 독립적으로 0 또는 동일하거나 상이한 1 내지 12의 정수이고,
z는 0 또는 1이고, 인접한 x 또는 y가 0인 경우 z는 0이고,
또한, 벤젠 및 나프탈렌 고리는 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 추가로 치환될 수 있고, 파라미터 R0, Y0, R01, R02 및 L은 화학식 D에서 상기 주어진 바와 동일한 의미를 갖는다.
중합성 화합물은 LC 디스플레이의 기판들 사이의 LC 매질에서 인-시튜 중합에 의해 중합되거나 가교 결합된다(만일 화합물이 2개 이상의 중합성 기를 함유하는 경우). 적합하고 바람직한 중합 방법은 예를 들어 열 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 필요한 경우, 하나 이상의 개시자가 여기에 추가될 수도 있다. 중합에 적합한 조건 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있으며 문헌에 기재되어 있다. 유리-라디칼 중합에 적합한 것은 예를 들어 상업적으로 입수 가능한 광개시제 이르가큐어(Irgacure) 651?, 이르가큐어 184?, 이르가큐어 907?, 이르가큐어 369? 또는 다로큐어(Darocure)1173?(시바 아게(Ciba AG))이다. 개시제를 사용하는 경우, 혼합물 전체의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다. 그러나, 중합은 개시제를 첨가하지 않고도 일어날 수 있다. 추가의 바람직한 실시양태에서, LC 매질은 중합 개시제를 포함하지 않는다.
중합성 성분 또는 콜레스테릭 액정 매질은 또한 예를 들어 저장 또는 수송 중에 RM의 바람직하지 않은 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 적합한 유형 및 양의 안정화제는 당업자에게 공지되어 있으며 문헌에 기재되어 있다. 특히 적합한 것은 예를 들어 이르가녹스? 시리즈(시바 아게)의 시판 중인 안정화제이다. 안정화제가 사용되는 경우, RM 또는 중합성 화합물의 총량을 기준으로 이들의 비율은 바람직하게는 10 내지 5000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 500 ppm이다.
전술한 중합성 화합물은 개시제가 없는 중합에도 적합하며, 예를 들어 재료 비용이 낮고, 특히 가능한 잔류량의 개시제 또는 그 분해 생성물에 의해 LC 매질이 덜 오염되는 것과 같은 상당한 이점이 있다.
중합성 화합물은 콜레스테릭 액정 매질에 개별적으로 첨가될 수 있지만, 둘 이상의 중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 사용할 수도 있다. 이러한 유형의 혼합물의 중합에서, 공중합체가 형성된다. 본 발명은 또한 상기 및 하기 언급된 중합성 혼합물에 관한 것이다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 콜레스테릭 액정 매질은 그 자체로 통상적인 방식으로, 예를 들어 전술한 화합물들 중 하나 이상을 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 중합성 화합물 및 임의로는 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합하여 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 바람직한 양의 성분은 유리하게는 승온에서 주성분을 구성하는 성분에 용해된다. 또한, 성분의 용액을 예를 들어 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올과 같은 유기 용매 중에 혼합하고 완전히 혼합한 후에 예를 들어 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것도 가능하다.
당해 기술 분야의 숙련자에게는 LC 매질이 예를 들어 H, N, O, Cl, F가 상응하는 동위 원소로 대체된 화합물을 포함할 수도 있음은 자명하다.
액정 매질은 예를 들어 추가의 안정화제, 억제제, 쇄-이동제, 공-반응 단량체, 표면-활성 화합물, 윤활제, 습윤제, 분산제, 소수성화제, 점착제, 흐름 개선제, 소포제, 탈기제, 희석제, 반응성 희석제, 보조제, 착색제, 염료, 안료 또는 나노 입자와 같은 추가의 첨가제를 통상의 농도로 함유할 수 있다.
이러한 추가의 성분의 총 농도는 전체 혼합물을 기준으로 0.1% 내지 10%, 바람직하게는 0.1%　내지 6%이다. 각각 사용된 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 내지 3%의 범위이다. 이들 및 유사한 첨가제의 농도는 본원에서 액정 성분 및 액정 매질의 화합물의 값과 범위에 고려되지 않는다. 이는 또한, 혼합물에 사용된 이색성 염료의 농도를 위해 유지되고, 이는 화합물의 농도와 호스트 매질의 성분 각각이 특정되지 않을 경우 계산되지 않는다. 각각의 첨가제의 농도는 최종으로 도핑된 혼합물과 비교하여 항상 제공된다.
일반적으로, 본원에 따른 매질 내의 모든 화합물의 총 농도는 100%이다.
본 발명에 따른 광 변조 소자의 전형적인 제조 방법은 적어도 다음의 단계를 포함한다:
- 기판의 절단 및 세정,
- 상기 기판 상에 전극 구조를 제공하는 단계,
- 하나 이상의 기판의 전극 구조 상에 하나 이상의 정렬 층을 코팅하는 단계,
- 하나의 기판의 전극 구조상의 하나의 정렬 층을 가공하는 단계,
- UV 경화성 접착제를 사용하여 셀을 조립하는 단계,
- 상기 셀을 콜레스테릭 액정 매질로 충전하는 단계,
- 임의로, 등방성 상으로부터 콜레스테릭 상으로 서서히 냉각시키면서 상기 액정 매질에 전기장을 인가함으로써 ULH 텍스처를 수득하는 단계, 및
- 임의로, 상기 액정 매질의 중합성 화합물을 경화시키는 단계.
본 발명에 따른 장치의 기능적 원리는 이하에서 상세히 설명될 것이다. 청구범위에 없는 청구된 발명의 범위에 대한 제한은 가정된 방식의 기능화에 대한 설명으로부터 유도되지 않는다.
바람직하게는, 그리고 완전한 정렬 시스템의 경우에, ULH 텍스처는 자발적으로 형성되며, 따라서 이 경우 필드가 필요하지 않을 것이다.
바람직하게는, 자발적 ULH 배향의 경우, 온도의 제어는 또한 필수적인 것은 아니지만, 혼합물의 유용한 네마틱 범위 내에서 이루어진다. 또한, 장치가 충전될 수 있는 범위 내에서 이루어진다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 초점 월뿔형(focal conic) 또는 그랑장(Grandjean) 텍스처로부터 시작하여, 콜레스테릭 액정 매질에 예를 들어 10 V 및 200 Hz의 고 주파수룰 가지는 전기장을 전기장을 인가하면서, 등방성 상으로부터 콜레스테릭 상으로 서서히 냉각시킴으로써 ULH 텍스처를 수득할 수 있다. 필드 주파수는 매질마다 다를 수 있다.
ULH 텍스처로부터 시작하여, 콜레스테릭 액정 매질은 전기장의 인가에 의해 플렉소일렉트릭 스위칭될 수 있다. 이로 인해 셀 기판의 평면에서 물질의 광축이 회전하게 되어 교차 편광기 사이에 물질을 배치할 때 투과율이 변하게 된다. 본 발명의 물질의 플렉소일렉트릭 스위칭은 상기 도입부 및 실시예에서 더욱 상세히 설명된다.
본 발명에 따른 광 변조 소자의 호메오트로픽 "오프 상태(off state)"에서의 균일한 라잉(lying) 나선형 텍스처는 상당히 개선된 광 소멸 및 이에 따른 유리한 콘트라스트를 제공한다. 또한, ULH 텍스처는 전압 제거 후에도 안정하고, 수 일/주 동안 잔존한다.
상기 장치의 광학은 어느 정도 자가-보상적이고(종래의 파이-셀과 유사함), VA 모드에 따른 종래의 광 변조 소자보다 우수한 시야각을 제공한다.
요구되는 인가 전계 강도는 주로 전극 갭 및 호스트 혼합물의 e/K에 의존한다. 인가되는 전계 강도는 전형적으로 약 10 V/μm-1보다 낮고, 바람직하게는 약 8 V/μm-1보다 낮고, 더욱 바람직하게는 약 5 V/μm-1보다 낮다. 따라서, 본 발명에 따른 광 변조 소자의 인가 구동 전압은 바람직하게는 약 30 V 미만, 더욱 바람직하게는 약 20 V 미만, 더욱더 바람직하게는 약 10 V 미만이다.
본 발명에 따른 광 변조 소자는 당업자가 일반적으로 알고 있는 바와 같이 종래의 구동 파형으로 동작될 수 있다.
본 발명의 광 변조 소자는 각종 광학 및 전기-광학 장치에 사용할 수 있다.
상기 광학 및 전기 광학 장치는 제한 없이 전기-광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치 및 광학 정보 저장 장치를 포함한다.
본원에서 달리 명시하지 않는 한, 본원에 사용된 복수 형태의 용어는 단수 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 하며 그 반대도 마찬가지이다.
본원에 표시된 파라미터 범위는 모두 당업자가 알고 있는 최대 허용 오차를 포함한 한계 값을 포함한다. 서로 조합된 다양한 특성 범위에 대해 표시된 상이한 상한치 및 하한치는 추가적인 바람직한 범위를 야기한다.
본원 전반에 걸쳐, 명시적으로 달리 명시하지 않는 한, 다음 조건 및 정의가 적용된다. 모든 농도는 중량 퍼센트로 표시되며 각각의 혼합물 전체와 관련이 있으며 모든 온도는 섭씨로 표시되며 모든 온도 차이는 차등 값으로 표시된다. 모든 물리적 특성은 독일 메르크 카게아아의 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997]에 따라 결정되며 달리 명시되지 않는 한 20℃의 온도에 대해 인용된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 결정된다. 유전 이방성(Δn)은 1 kHz의 주파수에서 또는 명시적인 경우 19 GHz 주파수에서 결정된다. 문턱 전압 및 다른 모든 전기-광학적 특성은 독일 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀을 사용하여 결정된다. Δε을 측정하기 위한 시험 셀의 셀 두께는 약 20 μm이다. 전극은 면적이 1.13 ㎠이고 가드 링(guard ring)을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은 수직 배향(ε∥)에 대해서는 일본 닛산 케미칼(Nissan Chemicals)로부터의 SE-1211이고 수평 배향(ε⊥)에 대해서는 일본 합성 고무(Japan Synthetic Rubber)로부터의 폴리이미드 AL-1054이다. 커패시턴스는 0.3 Vrms의 전압을 갖는 사인파를 사용하는 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 응답 분석기를 사용하여 결정된다. 전기-광학 측정에 사용되는 빛은 백색광이다. 본원에서는 독일의 아우트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)에서 구입할 수 있는 DMS 기기를 사용하는 설정이 사용된다.
본원 명세서 및 청구범위에 걸쳐, "포함하다" 및 "함유하다" 및 이를 변형한 용어, 예를 들면 "포함하는" 및 "포함한다"라는 용어는 "~를 포함하나 이에 국한되지 않음"을 의미하고 다른 구성요소들을 배제하거나 배제하려는 것은 아니다. 다른 한편으로, "포함하다"라는 용어는 또한 "~로 이루어지다"라는 용어를 포함하나 이에 국한되지 않는다.
전술한 특징들, 특히 바람직한 실시양태의 특징들 중 많은 것들이 본 발명의 실시양태의 부분으로서가 아닌 본질적으로 독창적이라는 점을 이해할 것이다. 현재 청구된 발명에 부가하여 또는 대안으로서 이러한 특징에 대해 독립적인 보호가 요구될 수 있다.
본원 전체에 걸쳐, 예를 들어 C=C 또는 C=O 이중 결합, 또는 벤젠 고리에서와 같이 3개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 120°이고, 예를 들어 C≡C 또는 C≡N 삼중 결합, 또는 알릴자리 위치 C=C=C에서와 같이 2개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 180°이고, 예를 들어 작은 고리의 일부, 예컨대 3-, 5- 또는 5-원 고리에서와 같이 각을 달리 제한하지 않는 한 일부 구조식에서 일부 경우에 이들 각은 정확히 표현되지 않을 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 상기 실시양태에 대한 변형례가 있을 수 있고 이들 역시 본 발명의 범주에 포함됨을 알 수 있을 것이다. 본원에 개시된 각각의 특징은 달리 기재되지 않는 한 동일하거나 등가 또는 유사한 목적을 제공하는 다른 특징들에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 달리 기재되지 않는 한, 본원에 개시된 각각의 특징은 단지 일반적인 일련의 등가 또는 유사한 특징들의 예시일 뿐이다.
본원에 개시된 특징들 모두는 이들 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 서로 상충하는 조합인 경우를 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징들은 본 발명의 모든 양태에 적용될 수 있으며 임의의 조합으로도 사용될 수 있다. 유사하게, 비-필수적인 조합으로 기술된 특징들은 (조합되지 않고) 별개로 사용될 수도 있다.
추가적인 노력 없이, 당해 분야 숙련자는 상기한 설명을 이용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있다. 따라서 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로서 파악되어야 하며 어떠한 방식으로도 본 발명의 나머지 개시내용을 제한하지 않는다.
화합물의 액정 상 거동을 설명하는 데 다음과 같은 약어가 사용된다: K=결정성; N=네마틱; N2=트위스트-벤드 네마틱; S=스멕틱; Ch=콜레스테릭; I=등방성; Tg=유리전이. 이들 기호 사이의 숫자는℃ 단위의 상전이 온도를 가리킨다.
본원에서 특히 하기 실시예에서 액정 화합물의 구조는 약어(이는 "두문자"라고도 함)로 제시된다. 약어의 상응하는 구조로의 변환은 하기 3개의 표 A 내지 C에 따른다.
모든 기 CnH2n+1, CmH2m+1 및 ClH2l+1은 바람직하게는 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, 모든 기 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은 바람직하게는 각각 (CH2)n, (CH2)m 및 (CH2)l이고 -CH=CH-는 바람직하게는 트랜스-각각의 E 비닐렌이다.
표 A는 고리 성분에 사용되는 기호들을 기재한 것이고, 표 B는 연결 기에 사용되는 기호를 나열한 것이고, 표 C는 분자의 좌측 및 우측 말단 기에 사용되는 기호들을 나열한 것이다.
표 A: 고리 요소
Figure pct00050
Figure pct00051
표 B: 연결 기
Figure pct00052
표 C: 말단 기
Figure pct00053
상기 식에서, n 및 m은 각각 정수이고, 세 점 "..."는 상기 표의 다른 상징을 위한 공간을 나타낸다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
혼합물 실시예:
하기 LC 혼합물 (M-1)을 제조 하였다:
Figure pct00054
실시예 1: 폴리이미드 AL-3046을 사용한 시험 셀
비교 실시예 1.1:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 미가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 미가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택(layer stack)으로 구성된 비교 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-3046(재팬 신세틱 러버(Japan Synthetic Rubber), JSR, 일본)으로 스핀 코팅하였다. 두 폴리이미드 코팅된 기판은 모두 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 오븐에서 200℃에서 90 분간 수행되었다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 양 기판은, 가공된 폴리이미드 층의 러빙 방향이 역-평행(anti-parallel) 방향으로 배열되고, 원하는 셀 갭 3μm로 가압되고, 접착제는 150℃에서 경화되는 방식으로 조립되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은 ULH 텍스처를 나타내지 않았다.
비교 실시예 1.2:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 비교 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-3046(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)으로 스핀 코팅하였다. 두 폴리이미드 코팅된 기판은 모두 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 오븐에서 200℃에서 90 분간 수행되었다. 폴리이미드로 코팅된 두 기판 모두는 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물(cloth)로 덮인 회전 롤러로 러빙함으로써 처리되었다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 양 기판은, 가공된 폴리이미드 층의 러빙 방향이 역-평행 방향으로 배열되고, 원하는 셀 갭 3μm로 가압되고, 접착제는 150℃에서 경화되는 방식으로 조립되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은 ULH 텍스처 내의 일부 결함을 보여 주며, USH에 대한 재-배향은 수 시간 내에 시작되었다.
실시예 1.3:
- 제 1 기판
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 본 발명에 따른 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 하나의 기판을 평면 폴리이미드 AL-3046(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)으로 스핀 코팅한다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 오븐에서 200℃에서 90 분 동안 수행된다. 폴리이미드 코팅된 기판은 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물로 덮인 회전 롤러로 러빙함으로써 처리되었다.
온도 경화형 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 기판 상에 분무되었다. 가공된 폴리이미드 층을 갖는 기판의 상부에, 블랭크(blank) 사전-패턴화된 ITO 기판이 배치되고, 3μm의 원하는 셀 갭으로 가압되며, 접착제는 150℃에서 경화되었다. 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은, 비교 실시예 1.2와 비교하여 ULH 텍스처 내의 결함 영역이 적고, ULH 텍스처의 안정성은 적어도 수 주 동안 USH에 대한 재-배향 없이 상당히 개선되었다(비교 실시예 1.2에서는 USH 도메인이 수 시간 후에 나타남).
실시예 1.4:
- 제 1 기판
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 미가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 본 발명에 따른 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-3046(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)으로 스핀 코팅하였다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 오븐에서 200℃에서 90 분 동안 수행된다. 하나의 폴리이미드 코팅된 기판을 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물로 덮인 회전 롤러로 문질러서 처리하고; 제 2 기판은 가공되지 않았다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 두 기판을 조립하고 3 μm의 원하는 셀 갭으로 가압하고 접착제를 150℃에서 경화시켰다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은, 비교 실시예 1.2와 비교하여 ULH 텍스처 내의 결함 영역이 적고, ULH 텍스처의 안정성은 적어도 수 주 동안 USH에 대한 재-배향 없이 상당히 개선되었다(비교 실시예 1.2에서는 USH 도메인이 수 시간 후에 나타남).
요약 실시예 1:
실시예 1의 결과가 다음 표에 요약되어 있다.
Figure pct00055
++ 매우 양호
+ 양호
o 평균
- 불량
-- 매우 불량
n.a 적용 불가
실시예 2 : 폴리이미드 AL-1254를 사용한 시험 셀
비교 실시예 2.1:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 미가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 미가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 비교 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-1254(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)로 스핀 코팅하였다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 180 분 동안 오븐에서 90 분간 수행되었다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 양 기판은, 가공된 폴리이미드 층의 러빙 방향이 역-평행 방향으로 배열되고, 원하는 셀 갭 3μm로 가압되고, 접착제는 150℃에서 경화되는 방식으로 조립되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
시험 셀은 ULH 텍스처를 나타내지 않았다.
비교 실시예 2.2:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 비교 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-1254(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)로 스핀 코팅하였다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 180 분 동안 오븐에서 90 분간 수행되었다. 폴리이미드 코팅된 기판 모두는 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물로 덮인 회전 롤러로 러빙함으로써 처리되었다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 양 기판은, 가공된 폴리이미드 층의 러빙 방향이 역-평행 방향으로 배열되고, 원하는 셀 갭 3μm로 가압되고, 접착제는 150℃에서 경화되는 방식으로 조립되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 시험 셀은 ULH 텍스처 내의 일부 결함을 보여 주며, USH에 대한 재-배향은 수 시간 내에 시작되었다.
실시예 2.3:
- 제 1 기판
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 본 발명에 따른 광 변조 소자를 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세척하고 한 기판을 평면 폴리이미드 AL-1254(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)로 스핀 코팅하였다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 180 분 동안 오븐에서 90 분간 수행되었다. 폴리이미드 코팅된 기판은 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물로 덮인 회전 롤러로 러빙함으로써 처리되었다.
온도 경화형 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 기판 상에 분무되었다. 가공된 폴리이미드 층을 갖는 기판의 상부에, 블랭크 사전-패턴화된 ITO 기판이 배치되고, 3μm의 원하는 셀 갭으로 가압되며, 접착제는 150℃에서 경화되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은, 비교 실시예 2.2와 비교하여 ULH 텍스처 내의 결함 영역이 적고, ULH 텍스처의 안정성은 적어도 수 주 동안 USH에 대한 재-배향 없이 상당히 개선되었다(비교 실시예 2.2에서는 USH 도메인이 수 시간 후에 나타남).
실시예 2.4:
- 제 1 기판,
- 제 1 전극 구조,
- 가공된 정렬 층,
- 콜레스테릭 액정 매질,
- 미가공된 정렬 층,
- 제 2 전극 구조, 및
- 제 2 기판
의 층 스택으로 구성된 본 발명에 따른 시험 셀을 하기 공정에 의해 제조하였다.
사전-패턴화된 ITO 유리 기판을 세정하고, 2 개의 기판을 평면 폴리이미드 AL-1254(재팬 신세틱 러버, JSR, 일본)로 스핀 코팅하였다. 폴리이미드 층은 100℃에서 1 분간 열판에서 예비-경화되고, 최종 경화는 180 분 동안 오븐에서 90 분간 수행되었다. 하나의 폴리이미드 코팅된 기판을 바람직한 LC 배향을 유도하기 위해 레이온 직물로 덮인 회전 롤러로 러빙함으로써 처리되고, 제 2 기판은 처리되지 않았다.
온도 경화성 프레임 실란트가 적용되고, 3μm 스페이서가 하나의 기판 상에 분무되었다. 두 기판을 조립하고, 3μm의 원하는 셀 갭으로 가압되며, 접착제는 150℃에서 경화되었다. 단일 시험 셀을 정렬 실험을 위해 절단하고, 모세관 충전에 의해 80℃에서 혼합물 M1으로 충전시켰다.
충전된 시험 셀을 등명점 위로 75℃까지 가열하고, 200 Hz의 구형파 전압 20V를 인가하였다. 셀은 전압에 의해 냉각되고, 구동 전압을 차단한 후, 흑색 상태를 현미경 관찰에 의해 평가하였다.
상기 셀은, 비교 실시예 2.2에 비해 적은 결함 영역을 나타내며, ULH 텍스처의 안정성은 적어도 수 주 동안 USH에 대한 재-배향 없이 상당히 개선되었다(비교 실시예 2.2에서는 USH 도메인이 수 시간 후에 나타남). 일 면 가공된 폴리이미드 및 반대 면 미가공된 폴리이미드를 갖는 셀은 폴리이미드 코팅 및 가공된 2 개 면을 갖는 셀(비교 실시예 2.2)과 비교하여 상당히 우수한 안정성과 함께 놀랄만큼 매우 우수한 ULH 정렬을 나타내었다.
실시예 2.3(단지 일 면만이 가공된 폴리이미드)의 ULH 정렬은 이 실시예 2.4(일 면이 가공된 2 개 면 폴리이미드)에 비해 약간 더 좋다.
요약 실시예 2:
실시예 2의 결과는 다음 표에 요약되어 있다.
Figure pct00056
++ 매우 양호
+ 양호
o 평균
- 불량
-- 매우 불량
n.a 적용 불가

Claims (17)

  1. 2 개의 대향하는(opposing) 기판 사이에 개재된 콜레스테릭 액정 매질, 및
    기판의 주 평면(main plane) 또는 콜레스테릭 액정 매질의 층에 실질적으로 수직인 전계의 인가를 허용할 수 있는 전극 어레인지먼트(arrangement)
    를 포함하는 광 변조 소자로서, 이때
    상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 제공되거나 정렬 층이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는, 광 변조 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 미가공된 정렬 층이 제공되는 것을 특징으로 하는, 광 변조 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 정렬 층이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는, 광 변조 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 기판 중 하나에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 가공된 정렬 층이 제공되고, 다른 기판에는 상기 콜레스테릭 액정 매질에 인접한 유전체 층이 제공되는 것을 특징으로 하는, 광 변조 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 구조가 전체 기판 및/또는 픽셀 영역 상에 전극층으로서 제공되는, 광 변조 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 층이 인접한 액정 분자에 평면 정렬을 유도하는, 광 변조 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공된 정렬 층이 러빙(rubbing)에 의해 가공된 것인, 광 변조 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 편광기를 포함하되, 이들 중 하나 이상은 상기 액정 매질의 층의 한면에 배치되고, 이들 중 하나 이상은 상기 액정 매질의 층의 반대면에 배치된, 광 변조 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 매질이 하나 이상의 바이메소젠성(bimesogenic) 화합물 및 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는, 광 변조 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 매질이 하나 이상의 바이메소젠성 화합물, 하나 이상의 키랄 화합물 및 하나 이상의 네마토젠성(nematogenic) 화합물을 포함하는, 광 변조 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 매질이, 하기 화학식 A-I 내지 A-III의 화합물 군으로부터 선택되는 바이메소젠성 화합물을 하나 이상 포함하는, 광 변조 소자:
    Figure pct00057

    상기 식에서,
    R11 및 R12, R21 및 R22, 및 R31 및 R32는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS, 또는 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일- 또는 다중치환될 수 있는, 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 또한, 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
    MG11 및 MG12, MG21 및 MG22, 및 MG31 및 MG32는, 각각 독립적으로, 메소젠성 기이고,
    Sp1, Sp2 및 Sp3는, 각각 독립적으로, 탄소수 5 내지 40의 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접한 CH2 기는 또한, O-MG11 및/또는 O-MG12에 연결된 Sp1, MG21 및/또는 MG22에 연결된 Sp2, 및 X31 및 X32에 연결된 Sp3의 CH2 기를 제외하고는, 2개의 O 원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기들이 서로 인접하지 않고 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기들이 서로 인접하지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
    X31 및 X32는, 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 -S-로부터 선택된 연결 기이고, 대안적으로, 이들 중 하나는 또한 -O- 또는 단일 결합일 수 있고, 또한 대안적으로, 이들 중 하나는 -O-이고 다른 하나는 단일 결합일 수 있다.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 매질이, 하기 화학식 C-I 내지 C-III의 화합물 및 이들 각각의 (S,S) 거울상 이성질체(enantiomer)의 군으로부터 선택되는 키랄 화합물을 하나 이상 포함하는, 광 변조 소자:
    Figure pct00058

    상기 식에서,
    E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,
    v는 0 또는 1이고,
    Z0는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고,
    R은 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알콕시 또는 알카노일이다.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 매질이, 하기 화학식 D의 화합물 군으로부터 선택되는 중합성 액정 화합물을 하나 이상 포함하는, 광 변조 소자:
    P-Sp-MG-R0 D
    상기 식에서,
    P는 중합성 기이고,
    Sp는 스페이서 기 또는 단일 결합이고,
    MG는, 바람직하게는 하기 화학식 M으로부터 선택되는, 막대(rod)-형상의 메소젠성 기이고:
    -(AD21-ZD21)k-AD22-(ZD22-AD23)l- M
    상기 식에서,
    AD21 내지 AD23은, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 임의로 치환되는 아릴-, 헤테로아릴-, 헤테로사이클릭- 또는 지환족 기이고, 바람직하게는, 동일하거나 상이한 하나 이상의 기 L로 임의로 치환되는 1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌, 1,4-피리딘, 1,4-피리미딘, 2,5-티오펜, 2,6-다이티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜, 2,7-플루오렌, 2,6-나프탈렌, 또는 2,7-페난트렌이고,
    ZD21 및 ZD22는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -O-COO-, -CO-NR01-, -NR01-CO-, -NR01-CO-NR02, -NR01-CO-O-, -O-CO-NR01-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR01-, -CY01=CY02-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고,
    L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F 또는 Cl이고,
    R0는, H 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 알콕시, 티오알킬, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 또는 Y0 또는 P-Sp-이고,
    Y0는, F, Cl, CN, NO2, OCH3, OCN, SCN, 임의로 플루오르화된 탄소수 1 내지 4의 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시, 또는 모노-, 올리고- 또는 폴리플루오르화된 탄소수 1 내지 4의 알킬 또는 알콕시이고,
    Y01 및 Y02는 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN이고,
    R01 및 R02는 각각 독립적으로 상기 정의된 R0과 같은 의미를 갖고,
    k 및 l은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이다.
  14. 적어도
    - 기판을 절단 및 세정하는 단계,
    - 상기 기판 상에 전극 구조를 제공하는 단계,
    - 하나 이상의 기판의 전극 구조 상에 하나 이상의 정렬 층을 코팅하는 단계,
    - 하나의 정렬 층을 가공하는 단계,
    - UV 경화성 접착제를 사용하여 셀을 조립하는 단계,
    - 상기 셀을 콜레스테릭 액정 매질로 충전하는 단계,
    - 임의로, 등방성 상(isotropic phase)으로부터 콜레스테릭 상으로 서서히 냉각시키면서 상기 액정 매질에 전기장을 인가함으로써 ULH 텍스처를 수득하는 단계, 및
    - 임의로, 상기 액정 매질의 중합성 화합물을 경화시키는 단계
    를 포함하는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 광 변조 소자의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 광 변조 소자의 광학 또는 전기-광학 장치에서의 용도.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전기-광학 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    전기-광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치 또는 광학 정보 저장 장치인 것을 특징으로 하는 광학 또는 전기-광학 장치.
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