KR20220062042A - 액정 매질 및 pnlc 광 변조 소자 - Google Patents

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스티븐 멀캐히
그라시아 에두아르도 벨트란
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 중합체-네트워크 액정(Polymer-Network Liquid Crystalline, PNLC) 광 변조 소자용 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystalline) 매질, 이의 제조 방법, 및 PNLC 광 변조 소자에서 상기 콜레스테릭 액정 매질의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 PNLC 광 변조 소자 그 자체, 이의 제조 방법, 광학 또는 전자 광학 장치, 특히 액정 디스플레이에서 상기 광 변조 소자의 용도, 및 본 발명에 따른 상기 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전자 광학 장치에 관한 것이다.

Description

액정 매질 및 PNLC 광 변조 소자
본 발명은 중합체-네트워크 액정(Polymer-Network Liquid Crystalline, PNLC) 광 변조 소자용 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystalline) 매질, 이의 제조 방법, 및 PNLC 광 변조 소자에서 상기 콜레스테릭 액정 매질의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 PNLC 광 변조 소자 그 자체, 이의 제조 방법, 광학 또는 전자 광학 장치, 특히 액정 디스플레이에서 상기 광 변조 소자의 용도, 및 본 발명에 따른 상기 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전자 광학 장치에 관한 것이다.
스위칭가능한(switchable) 도파관은 투명 디스플레이를 가능하게 하는 액정 장치이다. 액정 셀이 엣지-조명형(edge-lit)일 때, 광은 상기 액정 셀의 경계 내에서 내면 전반사를 겪을 수 있다.
일반적인 정렬 상태에서, 액정 호스트(host)의 굴절률이 유리 기판보다 높은 한 광 통과에는 방해가 없다. 액정 셀이 스위칭될 때, 초점 원추 도메인이 형성되고, 겉보기 굴절률에서 이러한 큰 변화는 탁함 및 후속으로 액정 셀로부터의 광 탈결합(outcoupling)을 야기한다.
이러한 경우, 나선 피치(helical pitch)가 μm 단위가 되어, 반사 밴드가 적외선 스펙트럼 내에 있음이 요구된다. 이는 액정 셀 내의 임의의 색상 효과를 제거하고, 이는 WO 2017/041872 A1에 액정 윈도우 적용례에 대해 보고되어 있다. 그러나, 이러한 시스템은 스위칭 오프 시간(switching off time, toff)을 나타내고, 이는 빠른 스위칭이 요구되는 디스플레이 적용례에는 적용가능하지 않다.
또한, 44%의 중간 정도 탁도(haze)를 갖는 동적 산란용 중합체 네트워크 시스템이 WO 2018/215393 A1에 제안되어 있다. 이와 관련하여, 높은 % 탁도 값을 갖는 한편 상기 장치의 빠른 스위칭을 유지하는 디스플레이 적용례용 시스템을 개발할 필요가 여전히 크다.
전술한 문제들의 관점에서, 본 발명은, 상기 제시된 단점들을 갖지 않거나 갖더라도 감소된 정도로 갖는 나선 피치가 μm 단위여서 반사 밴드가 적외선 스펙트럼 내에 있는, PNLC 광 변조 소자에 적합한 신규한 물질, 특히 콜레스테릭 액정 매질을 제공하는 목적을 기반으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 하기 설명으로부터 당업자에게 즉시 명확하다.
놀랍게도, 본 발명자들은 상기 및 하기 정의된 목적 중 하나 이상이 청구항 1에 따른 본 발명에 의해 성취될 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명은
(A) 하나 이상이 하기 화학식 I의 화합물인 2 중량% 이상 내지 10 중량% 이하의 양의 하나 이상의 중합가능 화합물;
(B) 하나 이상의 비-중합가능 메소젠성(mesogenic) 또는 액정 화합물; 및
(C) 하나 이상의 키랄 화합물
을 포함하는 PNLC 광 변조 소자용 콜레스테릭 액정 매질에 관한 것이다:
Figure pct00001
상기 식에서,
Ar은
Figure pct00002
로부터 선택되는 기이고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl, CN, P-Sp-, 또는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬이고, 하나 이상의 비-인접 CH2- 기는 O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 임의적으로 대체되고, 하나 이상의 H 원자는 각각 F 또는 Cl로 임의적으로 대체되고;
P11 및 P12는 각각 서로 독립적으로 중합가능 기이고;
Sp11 및 Sp12는 각각 서로 독립적으로 하나 이상의 기 P11 또는 P12로 임의적으로 치환된 스페이서 기(spacer group), 또는 단일 결합이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 액정 성분 (B)는 이후로 "액정 호스트 혼합물"로도 지칭되고, 비-중합가능한 저분자량 화합물로부터 선택되는 바람직하게는 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 메소젠성 또는 액정 화합물을 포함한다.
또한, 본 발명은 화학식 I의 화합물, 또는 성분 (A)의 중합가능 화합물이 중합된 전술 및 후술한 콜레스테릭 액정 매질 또는 PNLC 광 변조 소자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전술 및 후술한 하나 이상의 메소젠성 또는 액정 화합물, 또는 액정 호스트 혼합물 또는 액정 성분 (B); 하나 이상이 화학식 I의 화합물인 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하거나, 바람직하게는 이로 이루어진 2 중량% 이상 내지 10 중량% 이하의 양의 중합가능 성분 (A); 및 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 키랄 성분 (C)와 임의적으로 추가적인 액정 화합물 및/또는 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는, 전술 및 후술한 콜레스테릭 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 PNLC 모드를 기반으로 하는 광 변조 소자에서 전술 및 후술한 콜레스테릭 액정 매질의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 한 쌍의 대면하는 기판들, 상기 기판들의 사이 공간 내에 위치하는 평면-내(in-plane) 전극 구조 및 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 PNLC 광 변조 소자에 관한 것으로서, 상기 광 변조 소자는 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질을 상기 콜레스테릭 액정 매질 중 중합가능 화합물의 광중합을 유도하는 화학선 복사에 노출시킴으로써 상기 콜레스테릭 액정 매질로부터 수득가능한 중합체 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전술 및 후술한 화학식 I의 화합물의 중합 또는 중합가능 성분 (A)의 중합에 의해 수득가능한 중합체 네트워크를 포함하는 PNLC 광 변조 소자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 광학 또는 전자 광학 장치에서 전술 및 후술한 PNLC 광 변조 소자의 용도에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 또한 전술 및 후술한 PNLC 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전자 광학 장치 그 자체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전술 및 후술한 콜레스테릭 액정 매질이 전술 및 후술한 2개의 기판 및 전극 구조를 갖는 액정 셀 내로 도입되고, 상기 콜레스테릭 액정 매질의 중합가능 화합물이 중합되는, 전술 및 후술한 PNLC 광 변조 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
특히, PNLC 광 변조 소자에서, 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질을 이용함으로써, 특히, 전술 및 후술한 요건들이, 바람직하게는 동시에, 충족될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자는 하기를, 바람직하게는 동시에, 나타낸다:
- 높은 탁도 값;
- 바람직한 빠른 응답 시간, 특히 바람직한 빠른 스위칭 오프 시간(toff); 및
- 어드레싱에 요구되는 바람직한 낮은 전압.
또한, PNLC 광 변조 소자는 호환가능한, 대량 생산에 대해 통상적으로 공지되어 있는 방법에 의해 제조될 수 있다.
용어 및 정의
달리 명확히 언급이 없는 한, 하기 의미가 상기 및 하기에 적용된다.
용어 "액정", "준결정(mesomorphic) 화합물" 또는 "메소젠성 화합물"(간단히, "메소젠"으로도 지칭됨)은, 온도, 압력 및 농도의 적절한 조건 하에 메조상(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-형태 또는 디스코틱(discotic) 메소젠성 기를 포함한다.
용어 "메소젠성 기"는, 액정 상(또는 메조 상) 거동을 유도할 수 있는 능력을 가진 기를 의미한다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물 자체가 액정 메조상을 나타낼 필요는 없다. 다른 화합물과의 혼합물에서만, 또는 메소젠성 화합물 또는 물질 또는 이들의 혼합물이 중합되는 경우에만, 액정 메조상을 나타내는 것도 가능하다. 이는, 저분자량 비-반응성 액정 화합물, 반응성 또는 중합가능 액정 화합물 및 액정 중합체를 포함한다. 단순화를 위해, 용어 "액정"은 이후로 메소젠성 및 LC 물질 둘 다에 대해 사용된다.
칼라미틱 메소젠성 기는 일반적으로, 서로 직접적으로 또는 연결기를 통해 연결된 하나 이상의 방향족 또는 비-방향족 환형 기로 이루어진 메소젠성 코어를 포함하고, 임의적으로, 메소젠성 코어의 말단에 부착된 말단 기를 포함하고, 임의적으로, 메소젠성 코어의 장측에 부착된 하나 이상의 측부 기를 포함하고, 이때 이들 말단 기 및 측부 기는 일반적으로, 예를 들면 카빌 또는 하이드로카빌 기, 극성 기, 예컨대 할로겐, 나이트로, 하이드록시, 또는 중합가능 기로부터 선택된다.
용어 "반응성 메소젠" 또는 "중합가능 LC 화합물"은, 중합가능 메소젠성 또는 액정 화합물, 바람직하게는 단량체성 화합물을 의미한다. 이들 화합물은 순수한 화합물로서, 또는 광개시제, 억제제, 계면활성제, 안정화제, 쇄-전달제, 또는 비-중합가능 화합물 등으로 작용하는 다른 화합물과 반응성 메소젠의 혼합물로서 사용될 수 있다.
하나의 중합가능 기를 갖는 중합가능 화합물은 "일반응성" 화합물로도 지칭되고, 2개의 중합가능 기를 갖는 화합물은 "이반응성" 화합물로 지칭되고, 2개 초과(즉, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상)의 중합가능 기를 갖는 화합물은 "다반응성" 화합물로 지칭된다. 중합가능 기가 없는 화합물은 또한 "비-반응성" 또는 "비-중합가능" 화합물로 지칭된다.
용어 "비-메소젠성 화합물 또는 물질"은, 상기 또는 하기 정의된 메소젠성 기를 함유하지 않는 화합물 또는 물질을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "중합불가능 화합물", "비-중합가능 메소젠성 화합물" 또는 "비-중합가능 액정 화합물"은 RM의 중합에 통상적으로 적용되는 조건하에 중합에 적합한 작용기를 함유하지 않는 액정 화합물 1을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
"중합가능 기"(P)는 바람직하게는, C=C 이중 결합 또는 C≡C 삼중 결합을 함유하는 기, 및 개환을 갖는 중합에 적합한 기(예를 들어, 옥세탄 또는 에폭사이드 기)로부터 선택된다.
바람직하게는, 중합가능 기(P)는 CH2=CW1-COO-, CH2=CW1-CO-,
Figure pct00003
, 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-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-로 이루어진 군으로부터 선택되고,
이때 W1은 H, F, Cl, CN, CF3, 페닐 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 특히 H, F, Cl 또는 CH3을 나타내고,
W2는 H 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필을 나타내고,
W3 및 W4는, 각각 서로 독립적으로 H, Cl 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, Phe는, 임의적으로, 하나 이상의 라디칼 L(상기 정의된 바와 같지만, P-Sp는 아님)로 치환된 1,4-페닐렌을 나타내고, 바람직하게, 바람직한 치환기 L은 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 및 페닐이고,
k1, k2 및 k3은, 각각 서로 독립적으로 0 또는 1을 나타내고, k3은 바람직하게는 1을 나타내고, k4는 1 내지 10의 정수이다.
특히 바람직한 중합가능 기(P)는 CH2=CH-COO-, CH2=C(CH3)-COO-, CH2=CF-COO-, CH2=CH-, CH2=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-,
Figure pct00004
이고, 이때 W2는 H 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필을 나타내고, k1은 0 또는 1을 나타낸다.
다른 바람직한 중합가능 기(P)는 비닐, 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드, 가장 바람직하게는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 특히 아크릴레이트이다.
바람직하게는, 모든 다반응성 중합가능 화합물 및 이의 하위 화학식은, 하나 이상의 라디칼 P-Sp- 대신, 2개 이상의 중합가능 기(P)를 함유하는 하나 이상의 분지형 라디칼(다반응성 중합가능 라디칼)을 함유한다.
상기 유형의 적합한 라디칼 및 이를 함유하는 중합가능 화합물은, 예를 들어 미국 특허 제 7,060,200 B1 호 또는 미국 특허 출원 공개 제 2006/0172090 A1 호에 기술되어 있다.
하기 화학식 I*a 내지 I*k로부터 선택되는 다반응성 중합가능 라디칼이 특히 바람직하다:
Figure pct00005
상기 식에서,
알킬은 단일 결합 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로 O 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 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 여기서 Rx는 상기 언급된 의미 중 하나를 갖고,
aa 및 bb는, 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
X는 X'에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
Pv 내지 Pz는, 각각 서로 독립적으로 P에 대해 상기 제시된 의미 중 하나를 갖는다.
본원에 사용되는 용어 "스페이서 기"는 이후로 "Sp"로도 지칭되고, 당업자에게 공지되어 있고, 문헌, 예컨대 문헌[Pure Appl . Chem . 2001, 73(5), 888] 및 [C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 기재되어 있다. 본원에 사용된 용어 "스페이서 기" 또는 "스페이서"는 가요성 기, 예컨대 중합가능 메소젠성 화합물에서 메소젠성 기와 중합가능 기를 연결하는 알킬렌 기를 의미한다.
스페이서 기 Sp가 단일 결합이 아닌 경우, 이는 바람직하게는 라디칼 P-Sp-가 화학식 P-Sp'-X'-와 일치하도록, 화학식 Sp'-X'의 것이고, 이때
Sp'는 1 내지 20개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌을 나타내고, 이는 임의적으로 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되고, 이때 또한, 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로 O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -NRxx-, -SiRxxRyy-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NRxx-CO-O-, -O-CO-NRxx-, -NRxx-CO-NRyy-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체되고,
X'는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRxx-, -NRxx-CO-, -NRxx-CO-NRyy-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CRxx-, -CYxx=CYxx-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -O-, -S- -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NRxx-, -NRxx-CO-, -NRxx-CO-NRyy- 또는 단일 결합을 나타내고,
Rxx 및 Ryy는, 서로 독립적으로 H 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고,
Yxx 및 Yyy는, 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.
전형적인 스페이서 기 Sp'는, 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiRxxRyy-O)p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, Rxx 및 Ryy는, 서로 독립적으로 상기 언급된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 -X'-Sp'- 기는 -(CH2)p1-, -O-(CH2)p1-, -OCO-(CH2)p1-, 또는 -OCOO-(CH2)p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이다.
특히 바람직한 Sp' 기는, 예를 들어 메틸렌, 에틸렌 또는 직쇄 알킬 쇄, 예를 들어 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌 또는 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에텐일렌, 프로페닐렌 및 부텐일렌이다.
본원에서 용어 "중합체"는, 하나 이상의 별개 유형의 반복 단위(분자의 최소 구성 단위)의 골격을 포함하는 분자를 의미하는 것으로 이해되고, 통상적으로 공지된 용어 "올리고머", "공중합체", "단독중합체" 등을 포괄한다. 또한, 용어 "중합체"는, 중합체 자체에 더하여, 이러한 중합체의 합성에 참여하는 개시제, 촉매 및 다른 요소로부터의 잔기를 포함하고, 이때 상기 잔기는 상기 중합체에 공유적으로 혼입되지 않는 것으로 이해된다. 또한, 일반적으로 중합-후 정제 공정 동안 제거되는 상기 잔기 및 다른 요소는 전형적으로, 상기 중합체와 혼합되거나 뒤섞여, 용기 간에 또는 용매 또는 분산 매질 간에 전달되는 경우에 일반적으로 중합체와 함께 잔류하게 된다.
본원에서 용어 "(메트)아크릴계 중합체"는, (메트)아크릴계 단량체로부터 수득된 중합체, (메트)아크릴계 단량체로부터 수득될 수 있는 중합체, 및 메타크릴계 단량체 및 아크릴계 단량체의 혼합물로부터 수득될 수 있는 대응 공중합체를 포함한다.
"중합체 네트워크"는 모든 중합체 쇄가 다수의 가교연결에 의해 상호연결되어 단일의 거시적 실체를 형성하고, 바람직하게는 PNLC 장치에 이용되는 경우, 전체 셀을 통틀어 연장된 네트워크이다.
중합체 네트워크는 하기 유형으로 나타날 수 있다.
1. 그라프트 중합체 분자(graft polymer molecule)는 하나 이상의 측쇄가 주쇄와는 구조적으로 또는 배열적으로 상이한 분지된 중합체 분자이다.
2. 스타 중합체 분자(star polymer molecule)는 단일 분지점이 다수의 직쇄 또는 팔(arm)을 생성하는 분지된 중합체 분자이다. 팔이 동일한 경우, 스타 중합체 분자는 규칙적인 것으로 언급된다. 인접한 팔이 상이한 반복 아단위로 구성된 경우, 스타 중합체 분자는 다양화된(variegated) 것으로 언급된다.
3. 콤브 중합체 분자(comb polymer molecule)는 주쇄와 2개 이상의 3-방향 분지점 및 선형 측쇄로 이루어진다. 팔이 동일한 경우, 콤브 중합체 분자는 규칙적인 것으로 언급된다.
4. 브러쉬 중합체 분자(brush polymer molecule)는 주쇄와 선형의 비-분지된 측쇄로 이루어지고, 이때 분지점 중 하나 이상은 4-방향 이상의 작용성을 갖는다.
용어 "중합"은, 다수의 중합가능 기 또는 상기 중합가능 기를 함유하는 중합체 전구체(중합가능 화합물)를 함께 결합함으로써 중합체를 형성하는 화학적 공정을 의미한다.
문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에서 제시된 정의가, 본원의 액정 물질과 관련하여 전술한 정의 및 특히 비-정의된 용어에 추가적으로 적용될 것이다.
본원에서 복굴절률(Δn)은 하기 식으로 정의된다:
Δn = ne - no
상기 식에서, ne는 이상 굴절률이고, no는 정상 굴절률이고, 유효 평균 굴절률(nav.)은 하기 식으로 제시된다:
nav. = ((2no 2 + ne 2)/3)½.
이상 굴절률(ne.) 및 정상 굴절률(no)은, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라, 개조된 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 측정될 수 있다.
가시광(VIS light)은, 약 400 nm 내지 약 800 nm 범위의 파장을 갖는 전자기 복사선이다. 달리 언급이 없는 한, 자외선(UV) 광은, 약 200 nm 내지 약 400 nm 범위의 파장을 갖는 전자기 복사선이다. 달리 언급이 없는 한, 적외선(IR) 광은 약 800 nm 내지 약 1 mm의 파장을 갖는 전자기 복사선이다.
본원과 관련하여 용어 "투명한"은, PNLC 광 변조 소자를 통한 가시광의 투과율이 입사광의 65% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더보다 바람직하게는 90% 이상임을 의미하는 것으로 이해된다.
복사선량(radiation dose)(Ee)은, 표면 상에 입사하는, 단위 면적(dA) 당 전자기 복사선의 힘(dθ)으로 정의된다:
Ee = dθ/dA.
복사선 강도(radiation intensity)(He)는, 시간(t) 당 복사선량(Ee)으로서 정의된다:
He = Ee · t.
용어 "등명점"은, 최고 온도 범위를 갖는 메조상과 등방성 상 간의 전이가 발생하는 온도를 의미한다.
일반적으로, 용어 "키랄"은 이의 거울상에서 포개질 수 없는 물질을 설명하는 데 사용된다.
"아키랄(비-키랄)" 물질은 거울상과 동일한 물질이다.
용어 "키랄 네마틱" 및 "콜레스테릭은" 달리 명시적으로 언급이 없는 한 본원에서 동의어로 사용된다.
키랄 네마틱 텍스처(texture) 또는 콜레스테릭 액정(CLC)은 콜레스테릭 나선의 회전 방향에 상응하는 광 벡터의 회전 방향에 의해, 원형-편광된 광의 선택적 반사를 나타낸다.
반사 파장 λ는 하기 공식에 따라 콜레스테릭 나선의 피치 p 및 콜레스테릭 액정의 평균 복굴절률 n에 의해 도출된다:
λ = n·p.
CLC 매질은, 예컨대, 네마틱 액정 매질을 높은 비틀림력(twisting power)을 갖는 키랄 도펀트(chiral dopant)로 도핑(doping)함으로써 제조될 수 있다. 유도되는 콜레스테릭 나선의 피치 p는 하기 공식에 따라 키랄 도펀트의 농도 c 및 키랄 토펀트의 나선 비틀림력 HTP에 의해 도출된다:
p = (HTP c)-1.
또한, 개별 도펀트의 HTP의 온도 의존성을 상쇄하고, 이에 따라, CLC 매질의 나선 피치 및 반사 파장의 저온 의존성을 달성하기 위해 2개 이상의 도펀트를 사용할 수도 있다. 대략적으로, 전체 HTP(HTPtotal)는 하기 공식을 따른다:
HTPtotal = Σi ci HTPi
상기 식에서,
ci는 각각의 개별 도펀트의 농도이고;
HTPi는 각각의 개별 도펀트의 나선 비틀림력이다.
본원 전체에 걸쳐, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 모든 농도는 중량%로 인용되고, 각각의 전체 혼합물에 관한 것이고, 모든 온도는 섭씨로 인용되고, 모든 온도 차는 차등 ℃로 인용된다.
본원에서 용어 "양의 유전율을 갖는"은, Δε>3.0인 화합물 또는 성분에 대해 사용되고, 용어 "중성 유전율을 갖는"은, -1.5≤Δε≤3.0인 화합물 또는 성분에 대해 사용되고, 용어 "음의 유전율을 갖는"은, Δε<-1.5인 화합물 또는 성분에 대해 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, 상기 농도는 생성 매질이 적어도 이의 특성을 결정할 수 있을 만큼 충분히 안정할 때까지 2배 감소한다. 그러나, 바람직한 양태에서, 상기 결과의 유의성을 가능한 한 높게 유지하기 위해서는, 상기 농도를 바람직하게는 5% 이상으로 유지해야 한다. 시험 혼합물의 정전용량은 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀 및 수평 정렬을 갖는 셀 둘 다에서 측정한다. 상기 두 유형의 셀에서의 셀 간격은 약 20 μm이다. 인가된 전압은, 1 kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V의 근평균제곱 값을 갖는 방형파이지만, 이는 항상 각각의 시험 혼합물의 용량성 문턱값 미만이 되도록 선택된다.
Δε은 (ε∥-ε⊥)으로 정의되고, εav.는 (ε∥ + 2ε⊥)/3으로 정의된다. 화합물의 유전율은 관심 화합물의 첨가시 호스트 매질의 각각의 값들의 변화로부터 결정된다. 상기 값은 관심 화합물의 100% 농도로 외삽된다. 전형적인 호스트 매질은 ZLI-4792 또는 BL-087이고, 이들 둘 다 독일 다름스타트 소재의 메르크(Merck)로부터 시판된다.
문맥상 달리 제시되지 않는 한, 본원에서 용어의 복수 형태는 단수 형태를 포함하는 것으로 간주되어야 하고, 그 역도 성립한다.
본 발명의 경우,
Figure pct00006
는 1,4-사이클로헥실렌을 나타내고, 바람직하게는
Figure pct00007
는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타낸다.
본 발명의 경우,
Figure pct00008
는 1,4-페닐렌을 나타낸다.
본 발명의 경우, -COO-, -C(=O)O- 또는 -CO2- 기는 구조식
Figure pct00009
의 에스터 기를 나타내고, -OCO-, -OC(=O)-, -O2C- 또는 -OOC- 기는 구조식
Figure pct00010
의 에스터 기를 나타낸다.
기
Figure pct00011
에서, 2개의 고리 원자 사이에 나타낸 단일 결합은 벤젠 고리의 임의의 자유로운 위치에 부착될 수 있다.
상기 및 하기에서 "카빌 기"는, 하나 이상의 탄소 원자를 함유하고 추가의 원자를 함유하지 않거나(예컨대, -C≡C-), 또는 임의적으로, 하나 이상의 추가의 원자(예컨대, N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge)를 함유하는(예를 들어, 카보닐 등) 1가 또는 다가 유기 기를 나타낸다. "하이드로카빌 기"는, 하나 이상의 H 원자, 및 임의적으로, 하나 이상의 헤테로원자(예컨대, N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge)를 추가로 함유하는 카빌 기를 나타낸다.
카빌 또는 하이드로카빌 기는 포화되거나 불포화된 기일 수 있다. 불포화된 기는, 예를 들어 아릴, 알켄일 또는 알킨일 기이다. 3개 초과 탄소 원자를 갖는 카빌 또는 하이드로카빌 기는 직쇄, 분지쇄 및/또는 환형일 수 있고, 스파이로 연결 또는 축합된 고리를 함유할 수 있다.
본원 전반에 걸쳐, 달리 명확히 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 고리를 가질 수 있거나, 융합된 고리와 연결된 고리의 조합을 함유할 수 있다.
헤테로아릴 기는, 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. 6 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기 및 2 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기가 특히 바람직하고, 이들 기는 융합된 고리를 임의적으로 포함하고, 임의적으로 치환된다. 또한, 5원, 6원 또는 7원 아릴 및 헤테로아릴 기가 바람직하고, 이때, 또한, 하나 이상의 CH 기는, O 원자들 및/또는 S 원자들이 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, 페난트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스파이로바이플루오렌이고, 보다 바람직하게는 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌이다.
바람직한 헤테로아릴 기는, 예컨대, 5원 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; 6원 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, 이소인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프티미다졸, 페난트리미다졸, 피리디미다졸, 피라진이미다졸, 퀸옥살린이미다졸, 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, 퀸옥살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜 또는 이들 기의 조합이다. 헤테로아릴 기는 또한, 알킬, 알콕시, 티오알킬, 불소, 플루오로알킬 또는 추가의 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
본원과 관련하여, "(비-방향족) 지환족 및 헤테로환형 기"는, 포화된 고리(즉, 단일 결합을 독점적으로 포함하는 고리) 및 부분적으로 불포화된 고리(즉, 다중 결합을 또한 포함할 수 있는 고리) 둘 다를 지칭한다. 헤테로환형 고리는, 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. (비-방향족) 지환족 및 헤테로환형 기는 일환형(즉, 하나의 고리만 함유함)(예를 들어, 사이클로헥산) 또는 다환형(즉, 복수의 고리를 포함함)(예를 들어, 데카하이드로-나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)일 수 있다. 포화된 기가 특히 바람직하다. 또한, 융합된 고리를 임의적으로 포함하고 임의적으로 치환된 3 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 기가 바람직하다. 또한, 5원, 6원, 7원 또는 8원 탄소환형 기가 바람직하고, 이때 또한, 하나 이상의 탄소 원자는 Si로 대체될 수 있고/있거나 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있고/있거나 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있다. 바람직한 지환족 및 헤테로환형 기는, 예를 들어 5원 기, 예컨대 사이클로펜탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘; 6원 기, 예컨대 사이클로헥산, 실리난, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티안, 피페리딘; 7원 기, 예컨대 사이클로헵탄; 및 융합된 기, 예컨대 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일, 보다 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌, 3,17-헥사데카하이드로-사이클로펜타[a]페난트렌이고, 이들은 임의적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다. 특히 바람직한 아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환형 기는 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌, 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌 및 3,17-헥사데카하이드로사이클로펜타[a]-페난트렌이고, 이들은 임의적으로, 하나 이상의 동일하거나 상이한 L 기로 치환된다.
상기 언급된 아릴, 헤테로아릴, 지환족 및 헤테로환형 기의 바람직한 치환기(L)는, 예를 들어 용해성-촉진 기(예컨대, 알킬 또는 알콕시) 및 전자-끌개 기(예컨대, 불소, 나이트로 또는 나이트릴)이다.
바람직한 치환기(하기에서 "L"로도 지칭됨)는, 예를 들어 F, Cl, Br, I, -OH, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Yx, -C(=O)Rx, -C(=O)ORx, -N(Rx)2이고, 이때 Rx는 상기 언급된 의미를 갖고, Yx는, 할로겐, 임의적으로 치환된 실릴, 4 내지 40개, 바람직하게는 4 내지 20개의 고리 원자를 갖는 임의적으로 치환된 아릴 또는 헤테로아릴, 및 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알켄일, 알킨일, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 하나 이상의 H 원자는 임의적으로 F 또는 Cl로 대체될 수 있다.
"치환된 실릴 또는 아릴"은 바람직하게, 할로겐, -CN, Ry, -ORy, -CO-Ry, -CO-O-Ry, -O-CO-Ry 또는 -O-CO-O-Ry(이때, Ry는 H, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬 쇄임)로 치환된 실릴 또는 아릴을 의미한다.
상기 및 하기 화학식에서, 치환된 페닐렌 고리
Figure pct00012
는 바람직하게는
Figure pct00013
Figure pct00014
이고, 이때 L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 및 하기에 제시되는 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, C(CH3)3, CH(CH3)2, CH2CH(CH3)C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5 또는 P-Sp-, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3, OCF3 또는 P-Sp-, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3, COCH3 또는 OCF3이다.
"할로겐"은, F, Cl, Br 또는 I, 바람직하게는 F 또는 Cl, 보다 바람직하게는 F를 나타낸다.
상기 및 하기에서 용어 "알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등은 또한 다가 기, 예를 들어 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등을 포함한다.
용어 "아릴"은, 방향족 탄소 기 또는 이로부터 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, 도데칸일, 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 알켄일 기는, 예컨대, 에텐일, 프로페닐, 부텐일, 펜텐일, 사이클로펜텐일, 헥센일, 사이클로헥센일, 헵텐일, 사이클로헵텐일, 옥텐일, 사이클로옥텐일이다.
바람직한 알킨일 기는, 예컨대 에틴일, 프로핀일, 부틴일, 펜틴일, 헥신일, 옥틴일이다.
바람직한 아미노 기는, 예컨대, 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노이다.
본원 명세서 및 청구범위에 걸쳐, 용어 "포함하다", "함유하다" 및 이들 용어의 변형, 예를 들면 용어 "포함하는"은, "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미하고 다른 구성요소들을 배제하는(배제하지 않는) 것으로 의도되지 않는다. 다른 한편으로, 용어 "포함하다"는 또한 "~로 이루어지다"라는 용어를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본원 전체에 걸쳐, 용어 "수득될 수 있는", "수득되는" 및 이들 용어의 변형은, "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미하고, 다른 성분들을 배제하는(배제하지 않는) 것으로 의도되지 않는다. 다른 한편으로는, 용어 "수득될 수 있는"은 또한, 용어 "수득되는"을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
용어 "정렬" 또는 "배향"은, 소분자 또는 큰 분자의 단편과 같은 물질의 이방성 단위를, "정렬 방향"이라고 지칭되는 공통 방향으로 정렬(방향성 배치)시키는 것에 관한 것이다. 액정 물질의 정렬된 층에서, 액정 방향자는, 정렬 방향이 상기 물질의 이방성 축의 방향에 대응하도록 상기 정렬 방향과 일치한다.
예를 들어, 액정 물질 층에서, 용어 "평면 배향/정렬"은, 액정 분자의 부분의 분자 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 분자 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 실질적으로 평행(약 180°)하게 배향되는 것을 의미한다.
예를 들어, 액정 물질 층에서, 용어 "호메오트로픽(homeotropic) 배향/정렬"은, 액정 분자의 부분의 분자 장축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 분자 단축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 약 80 내지 90°의 각 θ("경사각")로 배향되는 것을 의미한다.
상세한 설명
바람직하게는, 전술 및 후술한 화학식 I 및 이의 하위화학식의 화합물에서, 상기 화합물에 존재하는 모든 중합가능 기 P는 동일한 의미를 갖고, 보다 바람직하게는 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트, 가장 바람직하게는 메트아크릴레이트이다.
기 Ar이 화학식 Ar5, Ar6 및 Ar7로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 기 P가 동일하거나 상이한 화학식 I의 및 이의 하위화학식의 화합물이 추가로 바람직하다.
전술 및 후술한 화학식 I의 및 이의 하위화학식의 화합물에서, Ar은 바람직하게는 화학식 Ar1, Ar2 및 Ar5로부터 선택된다.
화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 하위화학식의 화합물로부터 선택된다:
Figure pct00015
Figure pct00016
상기 식에서,
P, Sp 및 L은 화학식 I에 제시된 의미 중 하나를 갖고;
r1, r3 또는 r7은 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고;
r2는 0, 1, 2, 3 또는 4이고;
r4, r5 또는 r6은 서로 독립적으로 0, 1 또는 2이다.
화학식 I1, I2 및 I5의 화합물이 매우 바람직하다.
화학식 I의 추가로 바람직한 화합물은 하기 하위화학식의 화합물로부터 선택된다:
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
상기 식에서,
P, Sp, L, r1 내지 r7은 화학식 I에 제시된 의미, 또는 상기 및 하기 제시된 바람직한 의미 중 하나를 갖는다.
화학식 I의 매우 바람직한 화합물은 하기 하위화학식의 화합물로부터 선택된다:
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
상기 식에서,
P 및 Sp는 상기 또는 하기 제시된 의미를 갖고;
La 및 Lb는 각각 서로 독립적으로 L에 대해 상기 및 하기 제시된 의미 중 하나를 갖는다.
하위화학식 I1-1-1 내지 I2-1-18의 매우 바람직한 화합물은 모든 기 P가 동일하고, 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트 기인 것, 또한, Sp가 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-O-CO- 또는 -(CH2)p1-CO-O-(이때 p1은 1 내지 12의 정수, 바람직하게는 1 내지 6의 정수임)이고 O- 또는 CO- 기가 벤젠 고리에 연결된 것, 또한, La 및 Lb가 F, CH3, CH2CH3, OCH3, OC2H5, O(CH2)2CH3, OC(CH3)3 또는 OCF3인 것이다.
화학식 I 및 이의 하위화학식의 추가로 바람직한 화합물은 하기 바람직한 양태, 및 이의 임의의 조합으로부터 선택된다:
- 화합물의 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar5로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar6으로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar7로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar7로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar6 및 Ar7로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 모든 기 P가 동일한 의미를 가짐;
- Ar이 화학식 Ar5로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 기 P가 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있음;
- Ar이 화학식 Ar6으로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 기 P가 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있음;
- Ar이 화학식 Ar7로부터 선택되고, 화합물에 존재하는 기 P가 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있음;
- 화합물이 정확히 2종의 중합가능 기(기 P로 표시됨)를 함유할 수 있음;
- P가 아크릴레이트, 메트아크릴레이트 및 옥세탄으로 이루어진 군으로부터 선택됨;
- Sp가 단일 결합이 아닐 때, 이는 -(CH2)p2-, -(CH2)p2-O-, -(CH2)p2-CO-O- 또는 -(CH2)p2-O-CO-(이때, p2는 2, 3, 4, 5 또는 6임)이고, O 원자 또는 CO- 기가 각각 벤젠 고리에 연결됨;
- Lb가 La가 아닌 경우, 이는 F, Cl 또는 CN임;
- La가 F, CH3, CH2CH3, OCH3, OC2H5, O(CH2)2CH3, OC(CH3)3 또는 OCF3임;
- r1, r2 및 r3이 0 또는 1임;
- r1, r2, r3, r4, r5 및 r6이 0 또는 1임;
- r1 및 r7 중 하나가 0이고, 다른 하나가 1임;
- r1이 1이고, r2 및 r3이 0임;
- r3이 1이고, r1 및 r2가 0임;
- r4 및 r5 중 하나가 0이고, 다른 하나가 1임;
- r4 및 r6이 0이고, r5가 1임;
- r1 및 r4가 0이고, r3이 1임;
- r1 및 r3이 0이고, r4가 1임;
- r3 및 r4가 0이고, r1이 1임.
화학식 I 및 이의 하위화학식의 추가로 바람직한 화합물은 P가 아크릴레이트, 메트아크릴레이트 및 옥세탄으로 이루어진 군으로부터 선택되고, La 및 Lb가 각각 서로 독립적으로 F, CH3, CH2CH3, OCH3, OC2H5, O(CH2)2CH3, OC(CH3)3 또는 OCF3인 화학식 I1-1-1, I1-1-3, I1-2-2 및 I2-1-1 내지 I2-1-6의 화합물로부터 선택된다.
화학식 I 및 이의 하위화학식의 화합물 및 중간체는 당업자에게 공지되어 있고 유기 화학 표준서, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organi-schen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기재된 방법과 유사하게 제조될 수 있다.
예를 들어, 아크릴산 또는 메타크릴산 에스터는, 염기(예컨대, 피리딘 또는 트라이에틸 아민) 및 4-(N,N-다이메틸아미노)피리딘(DMAP)의 존재 하에, 대응 알코올을 산 유도체(예를 들어, (메트)아크릴로일 클로라이드 또는 (메트)아크릴산 무수물)로 에스터화시켜 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 에스터는, 탈수제의 존재 하에, 예를 들어 스테글리히(Steglich) 방법에 따라, 다이사이클로헥실카보다이이미드(DCC), N-(3-다이메틸아미노프로필)-N'-에틸카보다이이미드(EDC) 또는 N-(3-다이메틸아미노프로필)-N'-에틸카보다이이미드 하이드로클로라이드 및 DMAP를 사용하여, 상기 알코올을 (메트)아크릴산으로 에스터화시킴으로써 제조할 수 있다.
중합가능 성분 (A)가 1, 2 또는 3종의 화학식 I의 중합가능 화합물을 포함하는 콜레스테릭 액정 매질이 특히 바람직하다.
중합가능 성분 (A)가 화학식 I의 중합가능 화합물을 배타적으로 포함하는 콜레스테릭 액정 매질이 추가로 바람직하다.
임의적으로, 하나 이상의 중합 개시제를 콜레스테칙 액정 매질에 첨가할 수 있다. 중합에 적합한 조건 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다.
자유-라디칼 중합에 적합한 것은, 예를 들어 시판 광개시제 이르가큐어(Irgacure)651(등록상표), 이르가큐어184(등록상표), 이르가큐어907(등록상표), 이르가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어(Darocure)1173(등록상표)(시바 아게(Ciba AG))이다. 중합 개시제가 사용되는 경우, 이의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다.
본 발명에 따른 중합가능 화합물은 개시제가 없는 중합에도 적합하고, 이는, 더 낮은 재료 비용 및 특히 가능한 잔량의 개시제에 의한 콜레스테릭 액정 매질의 더 적은 오염 또는 생성물의 더 적은 열화와 같은 상당한 이점을 수반한다. 따라서, 상기 중합은 개시제의 첨가 없이 수행될 수 있다. 바람직한 양태에서, 상기 콜레스테릭 액정 매질은 중합 개시제를 함유하지 않는다.
콜레스테릭 액정 매질은 또한, 예를 들어 저장 또는 수송 동안 RM의 바람직하지 않은 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 안정화제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다.
예를 들어, 이르가녹스(Irganox: 등록상표) 시리즈(시바 아게)로부터의 시판 안정화제, 예를 들어 이르가녹스(등록상표) 1076이 특히 적합하다. 안정화제가 사용되는 경우, RM 또는 상기 중합가능 성분(성분 (A))의 총량을 기준으로 이의 비율은 바람직하게는 10 내지 500,000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 50,000 ppm이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질은 전술 및 후술한 중합가능 성분 (A), 또는 하나 이상의 화학식 I의 중합가능 화합물 및 액정 성분 (B), 또는 액정 호스트 혼합물, 및 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 키랄 성분 (C)로 본질적으로 이루어진다.
그러나, 콜레스테릭 액정 매질은 추가적으로, 바람직하게는, 예컨대 비제한적으로 억제제, 추가 안정화제, 습윤제, 윤활제, 분산제, 소수성화제, 접착제, 흐름 개선제, 소포제, 탈기제, 희석제, 반응성 희석제, 보조제, 착색제, 염료, 안료 및 나노입자의 목록으로부터 선택되는 하나 이상의 추가 성분 또는 첨가제를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 상기 중합가능 성분 (A)는, 화학식 I의 화합물에 더하여, 바람직하게는 RM으로부터 선택되는 하나 이상의 추가의 중합가능 화합물("공단량체")을 포함한다.
적합하고 바람직한 메소젠성 공단량체는 하기 화학식으로부터 선택된다:
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
상기 식에서,
P1, P2 및 P3은, 각각 서로 독립적으로 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 나타내고,
Sp1, Sp2 및 Sp3은, 각각 서로 독립적으로 단일 결합 또는 스페이서 기(상기 및 하기에서 Sp에 대해 제시된 의미 중 하나를 가짐)를 나타내고, 특히 바람직하게는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-CO-O-, -(CH2)p1-O-CO- 또는 -(CH2)p1-O-CO-O-를 나타내고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, 이때 또한, 라디칼 P1-Sp1-, P1-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 하나 이상은 Raa를 나타낼 수 있되, 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2 및 P3-Sp3- 중 하나 이상은 Raa가 아니고,
Raa는 H, F, Cl, CN 또는 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬(이때 또한, 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 서로 독립적으로 O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-로 대체될 수 있음), 특히 바람직하게는 임의적으로 일불화 또는 다중불화된 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 또는 알콕시카본일옥시(이때 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 탄소 원자를 갖고, 분지쇄 라디칼은 3개 이상의 탄소 원자를 가짐)를 나타내고,
R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, H 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고,
Ry 및 Rz는, 각각 서로 독립적으로 H, F, CH3 또는 CF3을 나타내고,
X1, X2 및 X3은, 각각 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합을 나타내고,
Z1은 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-를 나타내고,
Z2 및 Z3은, 각각 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -(CH2)n-을 나타내고, 이때 n은 2, 3 또는 4이고,
L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 임의적으로 일불화 또는 다중불화된 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 또는 알콕시카본일옥시, 바람직하게는 F를 나타내고,
L' 및 L"은, 각각 서로 독립적으로 H, F 또는 Cl을 나타내고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
s는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
t는 0, 1 또는 2를 나타내고,
x는 0 또는 1을 나타낸다.
화학식 M2, M13, M17, M22, M23, M24 및 M30의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 M15 내지 M30, 특히 M17, M18, M19, M22, M23, M24, M25, M26, M30 및 M31의 삼반응성 화합물이 또한 바람직하다.
화학식 M1 내지 M31의 화합물에서
Figure pct00031
기는 바람직하게는
Figure pct00032
Figure pct00033
이고,
이때 L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 및 하기 제시된 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, C(CH3)3, CH(CH3)2, CH2CH(CH3)C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5 또는 P-Sp-, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3, OCF3 또는 P-Sp-, 보다 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 특히 F 또는 CH3이다.
전술한 상기 중합가능 화합물 이외에, 본 발명에 따른 LC 디스플레이에 사용하기 위한 액정 매질은, 중합가능하지 않은 저분자량 화합물로부터 선택되는 바람직하게는 1종 이상, 보다 바람직하게는 2종 이상의 액정 화합물을 포함하는 액정 성분 (B) 또는 액정 호스트 혼합물을 포함한다.
이러한 LC 화합물은, 상기 중합가능 화합물의 중합에 적용되는 조건 하에 중합 반응에 대해 안정하고/하거나 비반응성이도록 선택된다.
본 발명에 따른 액정 성분 (B)에 사용될 수 있는 바람직학 액정 화합물은 하기 제시된다:
Figure pct00034
상기 식에서, 개별 라디칼은 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게 하기 의미를 갖는다:
Figure pct00035
는 각각 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게
Figure pct00036
를 나타내고;
R21 및 R31은 각각 서로 독립적으로 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬 또는 알콕시알킬, 또는 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알켄일옥시를 나타내고, 이들 모두는 임의적으로 불화되고;
X0은 F, Cl, CN, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알켄일 또는 알켄일옥시이고;
Z31은 -CH2CH2-, -CF2CF2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합, 특히 바람직하게는 -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합이고;
L21, L22, L31 및 L32는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
g는 0, 1, 2 또는 3이다.
화학식 A 및 B의 화합물에서, X0은 바람직하게는 F, Cl, CF3, CHF2, OCF3, OCHF2, OCFHCF3, OCFHCHF2, OCFHCHF2, OCF2CH3, OCF2CHF2, OCF2CHF2, OCF2CF2CHF2, OCF2CF2CHF2, OCFHCF2CF3, OCFHCF2CHF2, OCF2CF2CF3, OCF2CF2CClF2, OCClFCF2CF3 또는 CH=CF2, 매우 바람직하게는 F 또는 OCF3, 가장 바람직하게는 F이다.
화학식 A 및 B의 화합물에서, R21 및 R31은 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 및 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일로부터 선택된다.
화학식 A 및 B의 화합물에서, g는 바람직하게는 1 또는 2이다.
화학식 B의 화합물에서, Z31은 바람직하게는 COO, 트랜스-CH=CH 또는 단일 결합, 매우 바람직하게는 COO 또는 단일 결합이다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 A의 화합물을 포함한다:
Figure pct00037
상기 식에서, A21, R21, X0, L21 및 L22는 화학식 A에서 제시된 의미를 갖고, L23 및 L24는, 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고, X0은 바람직하게는 F이다.
화학식 A1 및 A2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 화학식 A1의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00038
Figure pct00039
상기 식에서, R21, X0, L21 및 L22는 화학식 A1에서 제시된 의미를 갖고, L23, L24, L25 및 L26은, 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고, X0은 바람직하게는 F이다.
매우 특히 바람직한 화학식 A1의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00040
Figure pct00041
상기 식에서, R21은 화학식 A1에서 정의된 바와 같다.
화학식 A2의 특히 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00042
Figure pct00043
Figure pct00044
상기 식에서, R21, X0, L21 및 L22는 화학식 A2에서 제시된 의미를 갖고, L23, L24, L25 및 L26은, 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고, X0은 바람직하게는 F이다.
매우 특히 바람직한 화학식 A2의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00045
Figure pct00046
Figure pct00047
상기 식에서, R21 및 X0은 화학식 A2에서 정의된 바와 같다.
특히 바람직한 화학식 A3의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00048
상기 식에서, R21, X0, L21 및 L22는 화학식 A3에서 제시된 의미를 갖고, X0은 바람직하게는 F이다.
특히 바람직한 화학식 A4의 화합물은 하기 하위화학식 A4a로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00049
상기 식에서, R21은 화학식 A4에서 정의된 바와 같다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 바람직하게는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식 B의 화합물을 포함한다:
Figure pct00050
상기 식에서, g, A31, A32, R31, X0, L31 및 L32는 화학식 B에서 제시된 의미를 갖고, X0은 바람직하게는 F이다.
화학식 B1 및 B2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 화학식 B1의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00051
상기 식에서, R31, X0, L31 및 L32는 화학식 B1에서 제시된 의미를 갖고, X0은 바람직하게는 F이다.
매우 특히 바람직한 화학식 B1a의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00052
상기 식에서, R31은 화학식 B1에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B1b의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00053
상기 식에서, R31은 화학식 B1에서 정의된 바와 같다.
특히 바람직한 화학식 B2의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00054
Figure pct00055
Figure pct00056
상기 식에서, R31, X0, L31 및 L32는 화학식 B2에서 제시된 의미를 갖고, L33, L34, L35 및 L36은, 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고, X0은 바람직하게는 F 또는 CN이다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00057
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2b의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00058
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2c의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00059
Figure pct00060
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2d 및 B2e의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00061
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2f의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00062
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2g의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00063
Figure pct00064
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2h의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00065
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2i의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00066
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2k의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00067
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
매우 특히 바람직한 화학식 B2I의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00068
상기 식에서, R31은 화학식 B2에서 정의된 바와 같다.
다르게는, 또는 화학식 B1 및/또는 B2의 화합물에 더하여, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 또한 하나 이상의 상기 정의된 화학식 B3의 화합물을 포함할 수 있다.
특히 바람직한 화학식 B3의 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00069
상기 식에서, R31은 화학식 B3에서 정의된 바와 같다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는, 화학식 A 및/또는 B의 화합물에 더하여, 하나 이상의 하기 화학식 C의 화합물을 포함한다:
Figure pct00070
상기 식에서, 개별 라디칼은 하기 의미를 갖는다:
Figure pct00071
는 각각 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게
Figure pct00072
Figure pct00073
를 나타내고,
R41 및 R42는 각각 서로 독립적으로 임의적으로 불화된, 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬 또는 알콕시알킬, 또는 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알켄일옥시를 나타내고,
Z41 및 Z42는 각각 서로 독립적으로 -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O-, -CF2O-, -C≡C- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
h는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다.
화학식 C의 화합물에서, R41 및 R42는 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 및 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일로부터 선택된다.
화학식 C의 화합물에서, h는 바람직하게는 0, 1 또는 2이다.
화학식 C의 화합물에서, Z41 및 Z42는 바람직하게는 COO, 트랜스-CH=CH 및 단일 결합, 매우 바람직하게는 COO 및 단일 결합으로부터 선택된다.
화학식 C의 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00074
Figure pct00075
상기 식에서,
R41 및 R42는 화학식 C에 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는, 각각 서로 독립적으로 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일을 나타낸다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 화학식 A 및/또는 B의 화합물에 더하여, 하나 이상의 하기 화학식 D의 화합물을 포함한다:
Figure pct00076
상기 식에서, A41, A42, Z41, Z42, R41, R42 및 h는 화학식 C에 제시된 의미 또는 상기 제시된 바람직한 의미 중 하나를 갖는다.
화학식 D의 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00077
상기 식에서, R41 및 R42는 화학식 D에 제시된 의미를 갖고, R41은 바람직하게는 알킬을 나타내고, 화학식 D1에서, R42는 바람직하게는 알켄일, 특히 바람직하게는 -(CH2)2-CH=CH-CH3을 나타내고, 화학식 D2에서, R42는 바람직하게는 알킬, -(CH2)2-CH=CH2 또는 -(CH2)2-CH=CH-CH3을 나타낸다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 화학식 A 및/또는 B의 화합물에 더하여, 알켄일 기를 함유하는 하나 이상의 하기 화학식 E의 화합물을 포함한다:
Figure pct00078
상기 식에서, 개별 라디칼은 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 각각 서로 독립적으로 하기 의미를 갖는다:
Figure pct00079
를 나타내고,
Figure pct00080
를 나타내고,
RA1은 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일을 나타내거나, 고리 X, Y 및 Z 중 하나 이상이 사이클로헥센일을 나타내는 경우, 또한 RA2의 의미중 하나를 나타내고,
RA2는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, 이때 1 또는 2개의 비인접 CH2 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
x는 1 또는 2를 나타낸다.
RA2는 바람직하게는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일을 나타낸다.
화학식 E의 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로부터 선택된다:
Figure pct00081
Figure pct00082
상기 식에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH-(CH2)2-를 나타낸다.
화학식 E의 매우 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로부터 선택된다:
Figure pct00083
상기 식에서,
m은 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
i는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
Rb1은 H, CH3 또는 C2H5를 나타낸다.
화학식 E의 매우 특히 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로부터 선택된다:
Figure pct00084
.
화학식 E1a2, E1a5, E3a1 및 E6a1의 화합물이 가장 바람직하다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 성분 (B)는 화학식 A 및/또는 B의 화합물에 더하여, 하나 이상의 하기 화학식 F의 화합물을 포함한다:
Figure pct00085
상기 식에서, 개별 라디칼은 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게 하기 의미를 갖는다:
Figure pct00086
는
Figure pct00087
Figure pct00088
를 나타내고,
R21 및 R31은 각각 서로 독립적으로 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬 또는 알콕시알킬, 또는 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알켄일옥시를 나타내고, 이들 모두는 임의적으로 불화되고,
X0는 F, Cl, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알켄일 또는 알켄일옥시를 나타내고,
Z21은 -CH2CH2-, -CF2CF2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합, 특히 바람직하게는 -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,
L21, L22, L23 및 L24는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타내고,
g는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다.
화학식 F의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00089
상기 식에서,
R21, X0, L21 및 L22는 화학식 F에 주어진 의미를 갖고,
L25 및 L26은 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고,
X0은 바람직하게는 F이다.
화학식 F1 내지 F3의 매우 특히 바람직한 화합물은 하기 하위화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00090
.
상기 식에서, R21은 화학식 F1에 정의된 바와 같다.
바람직하게는, 매질은 하나 이상의 하기 화학식 N의 중성 화합물을 포함한다:
Figure pct00091
상기 식에서,
RN1 및 RN2는 각각 서로 독립적으로 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 이때 또한, 상기 라디칼 내의 하나 이상의 CH2 기는 각각 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-,
Figure pct00092
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
고리 AN1, AN2 및 AN3은 각각 서로 독립적으로 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-다이플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-다이플루오로-1,4-페닐렌, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌(이때 또한, 1 또는 2개의 CH2 기는 -O-로 대체될 수 있음), 또는 1,4-사이클로헥센일렌이고;
ZN1 및 ZN2는 각각 서로 독립적으로 단일 결합 또는 -C≡C-이고, 이때 ZN1 및ZN2 중 하나 이상은 -C≡C-이고;
n은 0, 1 또는 2이다.
화학식 N의 바람직한 화합물은 하기 제시된다:
Figure pct00093
Figure pct00094
상기 식에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고;
알켄일 및 알켄일*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이다.
액정 호스트 혼합물 중에 화학식 A 및 B의 화합물의 농도는 바람직하게는 2 내지 60%, 매우 바람직하게는 3 내지 55%, 가장 바람직하게는 4 내지 50%이다.
액정 호스트 혼합물 중에 화학식 C 및 D의 화합물의 농도는 바람직하게는 5 내지 75%, 매우 바람직하게는 10 내지 70%, 가장 바람직하게는 15 내지 60%이다.
액정 호스트 혼합물 중에 화학식 E의 화합물의 농도는 바람직하게는 5 내지 30%, 매우 바람직하게는 10 내지 25%이다.
액정 호스트 혼합물 중에 화학식 F의 화합물의 농도는 바람직하게는 2 내지 30%, 매우 바람직하게는 5 내지 20%이다.
본 발명의 추가의 바람직한 양태는 이의 임의의 조합을 포함하여 하기 열거된다.
2a) 액정 호스트 혼합물은 높은 양의 유전 이방성, 바람직하게는 15 초과의 Δε을 갖는 하나 이상의 화학식 A 및/또는 B의 화합물을 포함한다.
2b) 액정 호스트 혼합물은 화학식 A1a2, A1b1, A1d1, A1f1, A2a1, A2h1, A2l2, A2k1, B2g3 및/또는 B2F로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 액정 호스트 혼합물 중에 이들 화합물의 비율은 바람직하게는 5 내지 50%이다.
2c) 액정 호스트 혼합물은 화학식 C3, C4, C5, C9 및 D2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 액정 호스트 혼합물 중에 이들 화합물의 비율은 바람직하게는 8 내지 75%, 매우 바람직하게는 10 내지 70%이다.
2d) 액정 호스트 혼합물은 화학식 E1, E3 및 E6, 바람직하게는 E1a, E3a 및 E6a, 매우 바람직하게는 E1a2, E1a5, E3a1 및 E6a1로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 액정 호스트 혼합물 중에 이들 화합물의 비율은 바람직하게는 5 내지 40%, 매우 바람직하게는 10 내지 25%이다.
액정 성분 (B) 중 전술한 화학식의 화합물의 최적 혼합 비는 목적하는 특성, 전술한 화학식의 성분의 선택 및 존재할 수 있는 임의의 추가 성분의 선택에 의존한다. 바람직한 물리적 특성은 하기 제시된다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 성분 (B)는 가능한 높은 광학 이방성 값을 특징으로 한다. 바람직하게는 액정 성분 (B)는 0.05 이상 내지 0.500 이하, 보다 바람직하게는 0.100 이상 내지 0.300 이하, 특히 0.150 이상 내지 0.250 이하의 광학 이방성(Δn)을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 성분 (B)는, 바람직하게는 가능한 높은, 유전 이방성(Δε)의 상대적으로 높은 양의 값을 특징으로 한다. 바람직한 양태에서, 액정 성분 (B)는 3 내지 50, 바람직하게는 4 이상 내지 25 이하, 특히 바람직하게는 5 이상 내지 20 이하의 양의 유전 이방성을 나타낸다.
본 발명에 따른 액정 성분 (B)의 네마틱 상은 바람직하게는 적어도 0℃ 이하 내지 70℃ 이상, 보다 바람직하게는 적어도 -20℃ 이하 내지 75℃ 이상, 매우 바람직하게는 적어도 -30℃ 이하 내지 75℃ 이상, 특히 적어도 -40℃ 이하 내지 80℃ 이상이다.
본 발명에 따른 액정 성분 (B)의 등명점은 바람직하게는 10℃ 내지 120℃, 특히 바람직하게는 40℃ 내지 110℃, 매우 특히 바람직하게는 60℃ 내지 100℃이다.
액정 성분 (B)의 회전 점도는 바람직하게는 가능한 낮다. 바람직하게는, 액정 성분 (B)는 대략적으로 500 mPas 이하, 바람직하게는 1 mPas 이상 내지 500 mPas 이하, 보다 바람직하게는 10 mPas 이상 내지 300 mPas 이하, 특히 50 mPas 내지 200 mPas의 회전 점도를 나타낸다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 매질은 하나 이상의 키랄 도펀트 또는 키랄 성분 (C)를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질은 각각 단독으로 또는 서로 조합으로 5 μm-1 이상, 바람직하게는 10 μm-1 이상, 보다 바람직하게는 15 μm-1 이상의 나선 비틀림력의 절대값(IHTPtotalI)을 갖는 하나 이상의 키랄 화합물을 포함한다.
더 높은 나선 비틀림력(HTP)을 갖는 키랄 도펀트, 특히 WO 98/00428에 개시된 것이 바람직하다.
전형적으로, 사용되는 키랄 도펀트는, 예컨대 (독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 시판되는) R/S-5011, CD-1, R/S-811 및 CB-15이다.
또 다른 바람직한 양태에서, 키랄 도펀트는 바람직하게는 하기 화학식 Ch I의 화합물 및/또는 하기 화학식 Ch II의 화합물, 및 이들 각각의 (S,S) 거울상 이성질체로부터 선택된다:
Figure pct00095
Figure pct00096
상기 식에서,
E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고;
v는 0 또는 1이고;
Z0은 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고;
R은 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시 또는 알카노일이다.
화학식 Ch I의 화합물 및 이의 합성은 WO　98/00428에 기재되어 있다. 화학식 II의 화합물 및 이의 합성은 GB 2,328,207에 기재되어 있다.
전술한 키랄 도펀트 R/S-5011 및 화학식 Ch I 및 Ch II의 화합물은 매우 높은 나선 비틀림력(HTP)을 나타내고, 이에 따라, 본 발명의 목적에 특히 유용하다.
액정 매질은, 바람직하게는 상기 화학식 Ch I, 및/또는 화학식 Ch II의 화합물 및/또는 R-5011 또는 S-5011로부터 선택되는, 바람직하게는 1 내지 5종, 특히 1 내지 3종, 매우 바람직하게는 1 또는 2종의 키랄 도펀트를 포함하고, 매우 바람직하게는, 키랄 화합물은 R-5011 또는 S-5011이다.
전형적으로, 콜레스테릭 액정 매질 중 전체 5 μm-1 이상의 나선 비틀림력의 절대값(IHTPtotalI)을 갖는 키랄 화합물의 양은 바람직하게는 전체 혼합물의 ≥ 0.1 내지 ≥ 0.9 중량%이다.
또한, 콜레스테릭 액정 매질은, 특히 적외선 영역에서, 상이한 반사 파장이 간단하고 표적화된 변경에 의해 성취될 수 있는 성질의 것이어야 한다. 바람직하게는, 콜레스테릭 액정 매질의 콜레스테릭 피치는 이의 반사 파장이 전자기 스펙트럼의 적외선 범위, 즉 800　내지 5000　nm, 보다 바람직하게는 1000 내지 4000 nm의 범위이도록 선택된다. 특히, 액정 매질의 반사 파장은 2000 내지 3500 nm이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질은, 그 자체로 통상적인 방법으로, 예를 들어 하나 이상의 전술한 중합가능 화합물을 상기 정의된 하나 이상의 비-중합가능 화합물 및 하나 이상의 키랄 화합물 둘 다, 및 임의적으로 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합하여 제조된다.
일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분의 목적하는 양을 유리하게는 고온에서 주요 구성요소를 구성하는 성분 내에 용해시킨다. 또한, 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올 중의 성분들의 용액을 혼합한 다음, 완전히 혼합된 후에 용매를, 예를 들면 증류에 의해 다시 제거할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질은 상이한 유형의 PNLC 광 변조 소자에 사용하기에 매우 적합하다. 따라서, 또한, 본 발명은 PNLC 광 변조 소자에서 전술 및 후술한 콜레스테릭 액정 매질의 용도에 관한 것이다.
따라서, 또한, 본 발명은 한 쌍의 대면하는 기판들, 상기 기판들의 사이 공간에 위치된 전극 구조, 바람직하게는 평면-내 전극 구조 및 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 PNLC 광 변조 소자에 관한 것으로서, 상기 PNLC 광 변조 소자는 전술한 바에 따른 콜레스테릭 액정 매질을 상기 콜레스테릭 액정 매질 중 중합가능 화합물의 광중합을 유도하는 화학선 복사에 노출시킴으로써 상기 콜레스테릭 액정 매질로부터 수득가능한 중합체 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적어도
- 기판들을 절단 및 청소하는 단계;
- 상기 기판들 중 하나 또는 둘 다 상에 전극 구조를 제공하는 단계;
- 임의적으로, 상기 전극 구조 상에 정렬 층을 제공하는 단계;
- 셀을 조립하는 단계;
- 상기 셀을 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 매질로 충전하는 단계; 및
- 상기 콜레스테릭 액정 매질을 상기 액정 매질 중 중합가능 화합물의 광중합을 유도하는 화학선 복사에 노출시키는 단계
를 포함하는, PNLC 광 변조 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 양태에서, 콜레스테릭 액정 매질은 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되거나, 제1 기판 및 제2 기판을 조합한 후, 모세관력 또는 진공 충전에 의해 조립된 셀에 내로 충전된다.
그러나, 액정 조성물을 제1 기판에 로딩(loading)한 후, 제1 기판에 제2 기판을 조함함으로써 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정 조성물이 개재될 수 있는 것도 마찬가지로 바람직하다. 바람직한 양태에서, 예컨대 JPS63-179323 및 JPH10-239694에 개시된 "1 적하 충전(ODF)" 방법으로서 공지된 방법으로, 또는 잉크-젯 프린팅(IJP) 방법을 사용하여 제1 기판에 액정이 적하식으로 제공된다.
조사 단계에서, 셀은 콜레스테릭 액정 매질에 함유된 중합가능 화합물의 중합가능 작용기의 광중합을 야기하는 화학선 복사에 노출된다.
중합은, 예컨대 중합가능 물질을 열 또는 바람직하게는 화학선 복사에 노출시킴으로써 성취된다. 화학선 복사는 광, 예컨대 자외선 광, 적외선 광 또는 가시광에 의한 조사, X-선 또는 감마선에 의한 조사, 고 에너지 입자, 예컨대 이온 또는 전자에 의한 조사를 의미한다.
바람직하게는, 중합은 자외선 조사에 의해 수행된다. 화학선 복사에 대한 공급원으로서, 예컨대 단일 자외선 램프 또는 자외선 램프의 세트가 사용될 수 있다. 화학선 복사에 대한 또 다른 가능한 공급원은 레이저, 예컨대 자외선, 적외선 또는 가시광선 레이저이다.
조사에 기인하여, 실질적으로, 중합가능 화합물은 기판 사이의 액정 매질 내에서 동일 반응계(in situ) 가교결합되어 PNLC 광 변조 소자를 형성하고, 이에 의해 바람직하게는 전체 스위칭 층을 통해 연장되는 중합체 네트워크가 형성된다.
결과적으로, 형성된 중합체 네트워크는 유효 셀 간격을, 액정 셀에 대해 통상적으로 고려되는 전형적인 셀 간격보다 훨씬 더 작은 정도까지 감소시킨다. 이는 초점 원추 텍스처가 정렬된 나선 비틀림으로 훨씬 더 빠르게 스위칭 및 휴지화(relaxation)됨을 허용한다. 약 10초 이상의 스위칭 시간 대신, 스위칭 시간이 밀리초 (아래) 단위까지 감소될 수 있다.
화학선 복사의 이용되는 파장은 매질의 액정 분자에 대한 손상을 피하기 위해 지나치게 낮지 않아야 하고, 바람직하게는 액정 호스트 혼합물의 자외선 흡수 최대치와 상이하거나, 매우 바람직하게는 이보다 높아야 한다.
한편, 광 복사의 파장은 지나치게 높지 않아 중합가능 화합물의 신속하고 완전한 자외선 광중합이 허용되어야 하고, 중합가능 성분의 자외선 흡수 최대치보다 높지 않거나, 바람직하게는 이와 동일하거나 더 낮아야 한다.
적합한 파장은 바람직하게는 250 내지 450 nm, 예컨대 400 nm 이하, 바람직하게는 350 nm 이하, 보다 바람직하게는 300 nm 이하로부터 선택된다.
조사 또는 노출 시간은 중합이 가능한 완전하게 되도록 선택되어야 하지만, 또한, 매끄러운 제조 과정을 허용하도록, 지나치게 높지 않아야 한다. 또한, 복사 강도는 가능한 신속하고 완전한 중합을 허용하기에 충분히 높아야 하지만, 콜레스테릭 액정 매질에 대한 손상을 피하도록 지나치게 높지 않아야 한다.
경화 시간은 특히 중합가능 물질의 반응성, 코팅된 층의 두께, 중합 개시제의 유형 및 자외선 램프의 출력에 의존한다. 경화 시간은 바람직하게는 10분 이하, 매우 바람직하게는 5분 이하, 가장 바람직하게는 1분 이하이다. 일반적으로, 대량 생산의 경우, 더 짧은 경화 시간, 예컨대 대략적으로 60초 내지 1초가 바람직하다.
적합한 자외선 복사 출력은 바람직하게는 5 내지 150　mWcm-2, 보다 바람직하게는 10 내지 75 mWcm-2, 특별히 25 내지 60 mWcm-2, 특히 45 내지 55 mWcm-2이다.
중합은 바람직하게는 불활성 기체 대기, 바람직하게는 질소 대기하에 수행되지만, 공기 중 중합도 가능하다.
중합은 바람직하게는 -10℃ 내지 +70℃, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 +50℃, 보다 더 바람직하게는 +15℃ 내지 +40℃의 온도에서 수행된다.
바람직한 양태에서, PNLC 광 변조 소자는 단량체의 완전한 전환에 도달하고 최적 안정성을 성취하기 위해, 중합 후, 20℃ 초과 내지 140℃ 미만, 보다 바람직하게는 40℃ 초과 내지 130℃ 미만, 가장 바람직하게는 70℃ 초과 내지 120℃ 미만의 온도에서 소둔(annealing)될 수 있다.
전형적으로, 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자의 구조는 디스플레이에 대한 통상적인 구조에 상응하고, 이는 당업자에게 공지되어 있다.
기판으로서, 예컨대 유리 또는 석영 시트 또는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다. 화학선 복사에 의한 경화의 경우에서 2개의 기판을 사용할 때, 하나 이상의 기판은 중합에 사용되는 화학선 복사에 대해 투과성이어야 한다.
적합하고 바람직한 플라스틱 기판은 폴리에스터, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리카보네이트(PC) 또는 트라이아세틸셀룰로스(TAC)의 필름, 매우 바람직하게는 PET 또는 TAC 필름이다. 복굴절 기판으로서, 예컨대 1축 연신된 플라스틱 필름이 사용될 수 있다. PET 필름은 듀퐁 테이진 필름즈(DuPont Teijin Films)로부터 상표명 멜리넥스(Melinex: 상표)하에 시판된다.
바람직한 양태에서, 기판은 서로 대략적으로 1 μm 내지 대략적으로 20 μm, 바람직하게는 서로 대략적으로 3 μm 내지 대략적으로 10 μm, 보다 바람직하게는 서로 대략적으로 3 μm 내지 대략적으로 6 μm의 이격으로 정렬된다. 이에 따라, 콜레스테릭 액정 매질의 층이 사이 공간에 위치된다.
기판 층은 층 내의 스페이서(spacer) 또는 돌출 구조에 의해 서로 한정된 이격을 유지할 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 당업자에게 통상적으로 공지되어 있고, 예컨대 플라스틱, 실리카 또는 에폭시 수지 등으로 제조된 스페이서이다.
본 발명의 추가로 바람직한 양태에서, 콜레스테릭 액정 매질의 층은 2개의 가요성 층, 예컨대 가요성 중합체 필름 사이에 위치된다. 본 발명에 따른 상응하는 PNLC 광 변조 소자는 결과적으로 가요성 및 굽힘가능하고, 예컨대 롤링 업(rolling up)될 수 있다. 가요성 층은 기판 층, 정렬 층 및/또는 편광자를 나타낼 수 있다. 바람직하게는 가요성인 추가 층도 존재할 수 있다. 액정 매질의 층이 가요성 층 사이에 위치된 바람직한 양태의 보다 더 자세한 개시를 위해, 출원 US 2010/0045924 A1을 참조한다.
또한, 액정 디스플레이의 스위칭에 필적하는 PNLC 광 변조 소자의 전기적 스위칭을 용이하게 하기 위해, 전극 정렬 및 임의적으로 추가 전기 부품 및 연결이 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자에 존재한다.
바람직하게는, PNLC 광 변조 소자는 전극 정렬을 포함하고, 이는 전기장의 인가를 가능하게 할 수 있고, 기판의 주 평면 또는 콜레스테릭 액정 매질 층에 실질적으로 평행하다. 이러한 요건을 충족하는 적합한 전극 정렬 또는 평면-내 전극 구조는 통상적으로 당업자에게 공지되어 있다.
예컨대, 제1 기판은 화소(pixel) 영역 내의 제1 기판의 표면에 실질적으로 평행한 전기장을 생성하기 위한 화소 전극 및 공통 전극을 포함한다. 하나의 기판 상에 2개 이상의 전극을 갖는 다양한 유형의 디스플레이가 당업자에게 공지되어 있는데, 가장 현저한 차이는 IPS 디스플레이에 전형적인 바와 같이 화소 전극 및 공통 전극 둘 다가 구조화되거나, FFS 디스플레이의 경우, 화소 전극만이 구조화되고 공통 전극이 비-구조화된다는 점이다.
본 발명은 전술한 화소 영역, 즉 IPS 및 FFS 디스플레이 내의 제1 기판의 표면에 실질적으로 평행한 전기장을 생성하기에 적합한 임의의 유형의 전극 구조를 지칭함이 이해되어야 한다.
적합한 전극 물질은, 예컨대 본 발명에 따라 바람직한 금속 또는 금속 옥사이드, 예컨대 인듐 주석 옥사이드(ITO)로서 제조된 전극 구조로서 당업자에게 공지되어 있다.
예컨대, ITO의 얇은 필름은 물리적 증착, 전기 빔 증착 또는 스퍼터(sputter) 침착 기법에 의해 기판 상에 침착된다.
바람직하게는, PNLC 광 변조 소자의 전극은 스위칭 소자, 예컨대 얇은 필름 트랜지스터(TFT) 또는 얇은 필름 다이오드(TFD)와 관련된다.
바람직한 양태에서, PNLC 광 변조 소자는 하나 이상의 유전 층을 포함할 수 있다. 전형적인 유전 층 물질은 당업자에게 통상적으로 공지되어 있고, 예컨대 SiOx, SiNx, 사이톱(Cytop), 테플론 및 PMMA이다.
유전 층 물질은 통상적인 코팅 기법, 예컨대 스핀 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅(blade coating) 또는 진공 침착, 예컨대 PVD 또는 CVD에 의해 기판 또는 전극 층 위에 적용될 수 있다. 또한, 이는 당업자에게 공지되어 있는 통상적인 프린팅 기법, 예컨대 스크린 프린팅(screen printing), 오프셋 프린팅(offset printing), 릴-투-릴 프린팅(reel-to-reel printing), 활판 프린팅, 그라비어 프린팅(gravure printing), 로토그라비어 프린팅(rotogravure printing), 플렉소그래픽 프린팅(flexographic printing), 인타글리오 프린팅(intaglio printing), 패드 프린팅(pad printing), 히트-실 프린팅(heat-seal printing), 잉크-젯 프린팅, 또는 스탬프(stamp)나 프린팅 플레이트(printing plate)에 의한 프린팅에 의해 기판 또는 전극 층에 적용될 수 있다.
추가로 바람직한 양태에서, PNLC 광 변조 소자는, 바람직하게는 콜레스테릭 액정 매질에 인접하게 제공되는, 하나 이상의 정렬 층을 포함한다. PNLC 광 변조 소자는 액정 매질의 층과 직접 접촉된 추가 정렬 층을 가질 수 있다.
또한, 정렬 층은 기판 층이 PNLC 광 변조 소자에 필수적이지 않도록 기판 층으로서 사용될 수 있다. 기판 층이 추가로 존재하는 경우, 정렬 층은 각각의 경우 기판 층과 액정 매질의 층 사이에 배열될 수 있다.
바람직하게는, 정렬 층은, 바람직하게는 전체 액정 매질에 걸쳐, 평면 정렬을 유도한다.
적합한 평면 정렬 층 물질은 당업자에게 통상적으로 공지되어 있고, 예를 들어 AL-3046 또는 AL-1254이고, 이들 모두 JSR로부터 시판된다.
정렬 층 물질은 통상적인 코팅 기법, 예컨대 스핀 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅(dip coating) 또는 블레이드 코팅에 의해 기판 어레이(array) 또는 전극 구조 위에 적용될 수 있다. 또한, 이는 당업자에게 공지되어 있는 증착 또는 통상적인 프린팅 기법, 예컨대 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 릴-투-릴 프린팅, 활판 프린팅, 그라비어 프린팅, 로토그라비어 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 인타글리오 프린팅, 패드 프린팅, 히트-실 프린팅, 잉크-젯 프린팅, 또는 스탬프나 프린팅 플레이트에 의한 프린팅에 의해 적용될 수 있다.
바람직한 양태에서, 평면 정렬 층은 당업자에게 공지된 러빙 또는 광정렬 기술, 바람직하게는 러빙 기술에 의해 처리된다. 따라서, 셀의 물리적 처리(예를 들면, 셀의 전단(shearing)(한 방향으로의 기계적 처리) 등) 없이 방향자의 균일한 바람직한 방향이 달성될 수 있다. 러빙 방향은 중요하지 않고, 주로 편광자가 적용되어야 하는 배향에만 영향을 미친다. 그러나, 역평형 러빙된 평면 정렬 층이 바람직하다. 전형적으로, 러빙 방향은 기판의 최대 연장에 대해 ±45° 범위, 보다 바람직하게는 ±20° 범위, 보다 더 바람직하게는 ±10° 범위, 특히 ±5° 범위이다.
본 발명의 추가로 바람직한 양태에서, PNLC 광 변조 소자는 하나 이상이 액정 매질의 층의 한편 상에 배열되고 하나 이상이 액정 매질의 층의 반대편 상에 배열된 2개 이상의 편광자를 임의적으로 포함한다. 여기서, 액정 매질의 층 및 편광자는 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다.
편광자는 선형 편광자일 수 있다. 바람직하게는, 정확히 2개의 편광자가 PNLC 광 변조 소자에 존재한다. 이러한 경우, 또한, 편광자 둘 다가 선형 편광자임이 바람직하다. 2개의 선형 편광자가 PNLC 광 변조 소자에 존재하는 경우, 2개의 편광자의 편광 방향이 교차됨이 본 발명에 따라 바람직하다.
또한, 2개의 원형 편광자가 PNLC 광 변조 소자에 존재하는 경우, 상기 편광자가 동일한 편광 방향을 가짐, 즉 둘 다 오른손 방향으로 원형-편광되거나 둘 다 왼손 방향으로 원형-편광됨이 바람직하다.
편광자는 반사성 또는 흡광성 편광자일 수 있다. 본원에 있어서 반사성 편광자는 하나의 편광 방향을 갖는 광 또는 하나의 유형의 원형-편광된 광을 반사하는 한편, 다른 편광 방향을 갖는 광 또는 다른 유형의 원형-편광된 광에 대해서는 투광성이다. 상응하게, 흡광 편광자는 하나의 편광 방향을 갖는 광 또는 하나의 유형의 원형-편광된 광을 흡수하는 한편, 다른 편광 방향을 갖는 광 또는 다른 유형의 원형-편광된 광에 대해서는 투광성이다. 반사 또는 흡수는 통상적으로 정량적이지 않은데, 이는 편광자를 통과하는 광의 완전한 편광이 발생하지 않음을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해, 흡광성 및 반사성 편광자가 둘 다 사용될 수 있다. 얇은 광학 필름의 형태인 편광자를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자에 사용될 수 있는 반사성 편광자의 예는 DRPF(확산 반사성 편광자 필름, 3M), DBEF(2중 명도 강화된 필름(dual brightness enhanced film), 3M), DBR(층 구조의 중합체 분포된 브래그 반사체(layered-polymer distributed Bragg reflector), US 7,038,745 및 US 6,099,758에 기재되어 있음) 및 APF(향상된 편광자 필름(advanced polariser film), 3M)이다.
본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자에 사용될 수 있는 흡수성 편광자의 예는 이토스(Itos) XP38 편광자 필름 및 닛토 덴코(Nitto Denko) GU-1220DUN 편광자 필름이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 원형 편광자의 예는 APNCP37-035-STD 편광자(아메리칸 폴라라이저스(American Polarizers))이다. 추가의 예는 CP42 편광자(이토스)이다. 또한, PNLC 광 변조 소자는 특정 파장의 광을 차단하는 필터, 예컨대 자외선 필터를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라, 추가 기능성 층, 예컨대 보호성 필름, 단열 필름 또는 금속 옥사이드 층도 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자의 작용적 원리는 하기 상세히 설명될 것이다. 청구범위에 존재하지 않는 청구되는 본 발명의 범주가 작용의 추측된 방식에 대한 의견으로부터 유도됨에는 제한이 없다.
제1의 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자의 지연 또는 상 변화는 인가되는 전기장에 의존한다. 바람직하게는, 지연은 점진적으로 증가하는 전압에 의해 전기장을 인가하는 동안 점진적으로 증가한다.
이러한 바람직한 양태에서, 성분 (A) 및 (B)는 중합가능 성분 (A)의 복굴절률이 성분 (B)의 복굴절률과 일치하도록 서로 독립적으로 선택된다. 바람직하게는, 상기 복굴절률에 대한 값들 사이의 차이는 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 3% 미만이다.
필요한 인가되는 전기장 강도는 주로 전극 간격 및 액정 혼합물의 Δε의 모듈러스에 의존한다. 인가되는 전기장 강도는 전형적으로 대략 50 V/μm-1 미만, 바람직하게는 대략 30 V/μm-1 미만, 더욱 바람직하게는 대략 25 V/μm-1 미만이다. 특히, 인가되는 전기장 강도는 1 V/μm-1 내지 20 V/μm-1이다.
바람직하게는, PNLC 광 변조 소자를 스위칭하기 위해 인가되는 구동 전압은 가능한 낮아야 한다. 전형적으로, 인가되는 구동 전압은 2 내지 약 20 V, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 10 V이다.
이러한 제1의 바람직한 양태에서, 지연 변화 또는 상 변화(
Figure pct00097
)는 하기 공식에 따라 제시된다:
Figure pct00098
상기 식에서,
d는 적용되는 액정 매질의 층 두께이고;
μ는 입사광의 파장이고;
neff는 인가되는 장에서 액정의 재배향에 의해 유도되는 유효 복굴절률이다.
제2의 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자는 경계 상태 A 및 경계 상태 B를 가진다.
PNLC 광 변조 소자는 바람직하게는 전기장이 인가되지 않을 때, 투과율 TA를 갖는 경계 상태 A, 이른바 "오프 상태(off state)" 또는 투광성 상태를 갖는다.
PNLC 광 변조 소자는 바람직하게는 전기장이 인가될 때, 경계 상태 B, 이른바 "온 상태(on state)" 또는 불투명 상태를 갖는데, TA는 TB보다 크다.
이러한 제2의 바람직한 양태에서, 성분 (A) 및 (B)는 중합가능 성분 (A)의 복굴졀률이 성분 (B)의 복굴절률과는 상이하도록 서로 의존적으로 선택된다. 바람직하게는, 복굴절률에 대한 값들 사이의 차이는 3% 초과, 보다 바람직하게는 5% 초과, 보다 바람직하게는 10% 초과이다.
필요한 인가되는 전기장 강도는 주로 전극 간격 및 액정 혼합물의 Δε의 모듈러스에 의존한다. 인가되는 전기장 강도는 전형적으로 대략 50 V/μm-1 미만, 바람직하게는 대략 30 V/μm-1 미만, 더욱 바람직하게는 대략 25 V/μm-1 미만이다. 특히, 인가되는 전기장 강도는 1 V/μm-1 내지 20 V/μm-1이다.
바람직하게는, PNLC 광 변조 소자를 스위칭하기 위해 인가되는 구동 전압은 가능한 낮아야 한다. 전형적으로, 인가되는 구동 전압은 2 내지 약 200 V, 보다 바람직하게는 약 3 내지 약 100 V, 보다 더 바람직하게는 약 5 내지 약 50 V이다.
투광 변화는 인가되는 장의 강도에 의해 결정된다. 시스템에 더 큰 장이 인가됨에 의해, 산란의 정도가 증가하고, 이는 전방으로 전파되는 광의 강도의 감소, 및 다른 방향으로 방출되는 광의 증가를 야기한다. 따라서, 측방-조명되는 장치의 경우, 조명 방향에 대해 수직인 가시적인 광의 양은 인가되는 장의 강도가 증가함에 따라 증가한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 PNLC 광 변조 소자는 다양한 유형의 광학 및 전자 광학 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 또한, 본 발명은 광학 또는 전자 광학 장치에서 전술한 PNLC 광 변조 소자의 용도, 및 본 발명에 따른 PNLC 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전자-광학 장치에 관한 것이다.
전술한 광학 및 전자 광학 장치는 비제한적으로 전자 광학 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치, 광학 정보 저장 장치, 광 셔터, 스마트 윈도우, 프라이버시 윈도우, 렌즈, 가상현실 장치 및 증강현실 장치를 포함한다.
전술한 특징들, 특히 바람직한 양태 중 다수가 본 발명의 양태의 부분으로서가 아니라 그 자체로 본질적으로 독창적이라는 점을 이해할 것이다. 본원에 청구된 임의의 발명에 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 특징에 대해 독립적인 보호가 요구될 수 있다.
여전히 본 발명의 범주 내에 드는, 본 발명의 상기 양태에 대한 변형이 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 동일하거나 등가의 또는 유사한 목적을 제공하는 대안적 특징이, 본원 명세서에 개시된 각각의 특징을 대체할 수 있다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 본원에 개시된 각각의 특징은 단지 일반적인 일련의 등가의 또는 유사한 특징의 예시일 뿐이다.
본원에 개시된 특징들 모두는, 이들 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 상호 배타적인 조합인 경우를 제외하고는, 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징들은 본 발명의 모든 양태에 적용가능하고, 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 비-필수적인 조합으로 기술된 특징들은 (조합되지 않고) 개별적으로 사용될 수 있다.
추가적인 노력 없이, 당업자는 전술한 설명을 이용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로서 간주되어야 하고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 나머지 개시내용을 제한하지 않는다.
본원에 제시된 매개변수 범위는 모두, 당업자에게 공지된 최대 허용 오차를 포함하는 한계 값을 포함한다. 서로 조합된 다양한 특성 범위에 대해 제시된 상이한 상한 및 하한 값은 다른 바람직한 범위를 생성시킨다.
본원에서, 및 특히 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어(이는 "두문자"로도 지칭됨)로 제시된다. 약어에서 대응 구조로의 변환은 하기 3개의 표 A 내지 C에 따른다. 하기 표 A는 고리 요소에 사용되는 기호를 열거하는 것이고, 하기 표 B는 연결 기에 대한 것이고, 하기 표 C는 분자의 좌측 및 우측 말단 기에 대한 기호이다.
모든 CnH2n+1, CmH2m+1 및 ClH2l+1 기는 바람직하게는 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, 모든 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l 기는 바람직하게는 각각 (CH2)n, (CH2)m 및 (CH2)l이고 -CH=CH-는 바람직하게는 트랜스- 각각 E 비닐렌이다.
표 A: 고리 요소
Figure pct00099
Figure pct00100
Figure pct00101
표 B: 연결 기
Figure pct00102
표 C: 말단 기
Figure pct00103
Figure pct00104
상기 식에서, n 및 m은 각각 정수이고, 3개의 점 "..."은 상기 표의 다른 약어들을 위한 자리이다.
실시예
화합물
이용된 중합가능 액정 화합물 - 성분 (A)
Figure pct00105
이용된 호스트 혼합물 - 성분 (B)
Figure pct00106
이용된 키랄 혼합물 - 성분 (C)
Figure pct00107
시험 셀
시험 셀 1: VHR AL16301 유형
· 셀 간격 = 6 μm, 스페이서 없음
· 셀 유형 = 역평행 평면 정렬 유형 PI
· 전극 구조 = ITO = 200A, 1 cm x 1 cm 정사각형 패턴.
시험 셀 2: VHR AL16301 유형
· 셀 간격 = 6 μm, 스페이서 없음
· 셀 유형 = 역평행 평면 정렬 유형 PI
· 전극 구조 = ITO = 200A, 1 cm x 1 cm 정사각형 패턴.
방법
스위칭 속도 측정:
스위칭 시간은 현미경 또는 632.8 nm에서 작동하는 HeNe 레이저를 사용하여, 둘 다의 경우 교차된 편광자들 사이에 위치된 샘플을 사용하여 측정한다. 투과된 광을 현미경의 경우 오실로스코프에 연결되거나, 레이저의 경우 데이터 입수 보드에 연결된 광다이오드에 의해 받는다. 스위칭 시간을 오실로스코프로부터, 또는 데이터 입수 보드로부터 입수된 데이터를 분석함으로부터 입수한다.
탁도
탁도 수준은 탁도의 ASTM D1003 표준 정의에 따라 측정한다.
하기 4개의 상이한 투광률 측정(T1 내지 T4)을 수행한다(당업자에게 통상적으로 공지되어 있음):
T1: 샘플 및 백색 반사 표준에 의하지 않은 투광률
T2: 샘플 및 백색 반사 표준에 의한 투광률
T3: 샘플 및 백색 트랩(trap)에 의하지 않은 투광률
T4: 샘플 및 백색 트랩에 의한 투광률
당업자에 의해 통상적으로 공지된 바와 같이, 이에 의해, 전체 투광률(T2)은 평행 투광률과 확산 투광률의 합으로서 정의된다.
따라서, 탁도는 하기와 같이 정의된다:
탁도 = [(T4/T2) - (T3/T1)] x 100%.
탁도 데이터를 셀의 활성 영역으로부터만 입수한다. 접착물(glue)은 불일치성을 피하기 위해 측정 시스템으로부터 떼어낸다.
작동 실시예
실험 1
콜레스테릭 액정 혼합물을 하기 표에 제시된 바와 같이 제조한다. 상응하는 혼합물을 실온에서 모세관 작용을 사용하여 시험 셀 1에 모세관 충전하고 1시간 동안 100℃에서 소둔한 후, 제시된 시간 동안 선형 편광된 자외선 광(35　mW/cm2)에 의해 동일 온도에서 조사한다.
Vop, ton 및 toff를 스피디(Speedy) 전자 광학 현미경 설정을 사용하여 측정한다.
% 탁도를 550 nm의 단일 파장에 의해 시마츠(Shimadzu) 3600 자외선-가시광선에서 투광 모드로 측정한다. 최대 % 탁도가 성취될 때, Vop를 측정한다. Ton 및 Toff를 10 내지 90%가 스위칭될 때의 시간인 것으로 측정한다. 결과를 하기 표에 요약하였다.
Figure pct00108
상기 표에서 볼 수 있듯이, 키랄 시스템에 의해, 키랄 시스템에 의하지 않은 것(참조: 실험 1.1)에 비해 우수한 수준의 탁도가 성취될 수 있다. 중합체 네트워크 키랄 시스템에서 중요하게는, toff 시간이 중합체 네트워크에 의하지 않은 시스템(참조: 실험 1.2)보다 현저히 작아, 잘 질서화된 상태로의 우수한 휴지화를 나타낸다.
실험 2
콜레스테릭 액정 혼합물을 하기 표에 제시된 바와 같이 제조한다. 상응하는 혼합물을 실온에서 모세관 작용을 사용하여 시험 셀 2에 모세관 충전하고 1시간 동안 100℃에서 소둔한 후, 제시된 시간 동안 선형 편광된 자외선 광(35　mW/cm2)에 의해 동일 온도에서 조사한다. 이어서, 셀을 실온으로 냉각한다.
Vop, ton 및 toff를 스피디 전자 광학 현미경 설정을 사용하여 측정한다.
% 탁도를 550 nm의 단일 파장에 의해 시마츠 3600 자외선-가시광선에서 투광 모드로 측정한다. 최대 % 탁도가 성취될 때, Vop를 측정한다. Ton 및 Toff를 10 내지 90%가 스위칭될 때의 시간인 것으로 측정한다. 결과를 하기 표에 요약하였다.
Figure pct00109
상기 표에서 볼 수 있듯이 감소된 셀 두께는 실험 1에 제시된 더 두꺼운 셀에 비해 Vop를 감소시키는 효과를 갖는다. 또한, 이는 성취되는 최대 % 탁도를 약간 감소시킨다.

Claims (14)

  1. (A) 하나 이상이 하기 화학식 I의 화합물인 2 중량% 이상 내지 10 중량% 이하의 양의 하나 이상의 중합가능 화합물;
    (B) 하나 이상의 비-중합가능 메소젠성(mesogenic) 또는 액정 화합물; 및
    (C) 하나 이상의 키랄 화합물
    을 포함하는 중합체-네트워크 액정(Polymer-Network Liquid Crystalline, PNLC) 광 변조 소자용 콜레스테릭 액정 매질:
    Figure pct00110

    상기 식에서,
    Ar은
    Figure pct00111

    로부터 선택되는 기이고;
    L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl, CN, P-Sp-, 또는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬이고, 하나 이상의 비-인접 CH2- 기는 O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 임의적으로 대체되고, 하나 이상의 H 원자는 각각 F 또는 Cl로 임의적으로 대체되고;
    P11 및 P12는 각각 서로 독립적으로 중합가능 기이고;
    Sp11 및 Sp12는 각각 서로 독립적으로 하나 이상의 기 P11 또는 P12로 임의적으로 치환된 스페이서 기(spacer group), 또는 단일 결합이다.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 키랄 화합물이 각각 단독으로 또는 서로와의 조합으로 5 μm-1 이상의 나선 비틀림력(helical twisting power)의 절대값(IHTPtotalI)을 갖는, 콜레스테릭 액정 매질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    0.1 중량% 이상 내지 0.9 중량% 이상의 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 콜레스테릭 액정 매질.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 비-중합가능 메소젠성 또는 액정 화합물이 하기 화학식 A 및/또는 B의 화합물로부터 선택되는, 콜레스테릭 액정 매질:
    Figure pct00112

    상기 식에서,
    Figure pct00113
    는 각각 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게
    Figure pct00114
    이고;
    R21 및 R31은 각각 서로 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬 또는 알콕시알킬, 또는 2 내지 9개의 C 원자를 갖는 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 이들 모두는 임의적으로 불화되고;
    X0은 F, Cl, 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 할로겐화된 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 할로겐화된 알켄일 또는 알켄일옥시이고,
    Z31은 -CH2CH2-, -CF2CF2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O- 또는 단일 결합이고;
    L21, L22, L31 및 L32는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
    g는 0, 1, 2 또는 3이다.
  5. 비-중합가능 화합물 및 키랄 화합물을 2 중량% 이상 내지 10 중량% 이하의 중합가능 액정 화합물과 혼합하는 단계를 적어도 포함하는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 제조 방법.
  6. PNLC 광 변조 소자에서 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 콜레스테릭 액정 매질의 용도.
  7. 한 쌍의 대면하는 기판들, 상기 기판들의 사이 공간 내에 위치하는 평면-내(in-plane) 전극 구조 및 콜레스테릭 액정 매질을 포함하는 PNLC 광 변조 소자로서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 콜레스테릭 액정 매질을 상기 콜레스테릭 액정 매질 중 중합가능 화합물의 광중합을 유도하는 화학선 복사에 노출시킴으로써 상기 콜레스테릭 액정 매질로부터 수득가능한 중합체 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 PNLC 광 변조 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    IPS 또는 FFS 전극 구조에 상응하는 전극 구조를 포함하는 PNLC 광 변조 소자.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    2개의 대면하는 기판들 사이의 사이 공간이 1 내지 20 μm인, PNLC 광 변조 소자.
  10. 기판들을 절단 및 청소하는 단계;
    상기 기판들 중 하나 상에 평면-내 전극 구조를 제공하는 단계;
    임의적으로, 상기 전극 구조 상에 정렬 층을 제공하는 단계;
    셀을 조립하는 단계;
    상기 셀을 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 콜레스테릭 액정 매질로 충전하는 단계; 및
    상기 콜레스테릭 액정 매질을 상기 콜레스테릭 액정 매질 중 중합가능 화합물의 광중합을 유도하는 화학선 복사에 노출시키는 단계
    를 적어도 포함하는, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 PNLC 광 변조 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    광중합 단계를 250 내지 450 nm의 파장을 갖는 광에 의해 수행하는 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    광중합 단계를 5 내지 150 mW/cm2의 조사 강도에 의해 수행하는 제조 방법.
  13. 광학 또는 전자 광학 장치에서 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 PNLC 광 변조 소자의 용도.
  14. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 PNLC 광 변조 소자를 포함하는 광학 또는 전자 광학 장치.
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