KR101854005B1 - 액정 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 출원은, 액정 조성물, 액정 소자 및 액정 소자의 용도에 관한 것이다. 예시적인 액정 조성물은 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드의 사이를 스위칭하는 액정 소자를 제조할 수 있다. 액정 조성물은 또한, 경화 과정에서 이방성 염료의 색 변화를 방지할 수 있으므로 투과도 가변 특성이 우수한 액정 소자를 구현할 수 있다. 이러한 액정 소자는 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
Description
본 출원은, 액정 조성물, 액정 소자 및 액정 소자의 용도에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display)는, 액정 화합물을 배향시키고, 전압의 인가를 통해 배향을 스위칭시켜서 화상을 구현한다. LCD의 제조 공정은 고비용의 공정이고, 대형의 생산 라인 및 설비가 필요하다.
고분자 매트릭스 내에 액정을 분산시켜서 구현되는 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 본 출원에서 용어 PDLC는 소위 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)나 PSLC(Polymer Stabilized Liquid Crystal) 등을 포함하는 상위 개념이다.) 소자가 알려져 있다. PDLC는, 액정 용액의 코팅을 통하여 제조가 가능하므로, 기존 LCD 대비 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
특허문헌 1 등에 기재된 바와 같이 PDLC 내에서 통상 액정 화합물은 배향되어 있지 않은 상태로 존재한다. 따라서 PDLC는 전압이 인가되지 않은 상태에서는 뿌연 불투명 상태이고, 이러한 상태는 소위 산란 모드로 호칭된다. PDLC에 전압이 인가되면, 액정 화합물이 그에 따라 정렬되어 투명한 상태가 되는데, 이를 이용하여 투과 모드와 산란 모드의 스위칭이 가능하다.
본 출원은, 액정 조성물, 액정 소자 및 액정 소자의 용도를 제공한다.
본 출원에 따른 액정 조성물은, 예를 들어, 고분자 전구체, 옥심 에스테르 개시제, 비중합성 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함할 수 있다. 본 출원에서 고분자 전구체는, 예를 들어, 고분자 네트워크를 형성할 수 있도록 조성된 전구 물질을 의미할 수 있다. 상기 액정 조성물은, 예를 들어, 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드의 사이를 스위칭하는 액정 소자의 제조에 사용될 수 있다. 액정 조성물은 또한, 개시제로서, 옥심 에스테르 개시제를 사용함으로써 상기 고분자 네트워크를 형성하기 위한 경화 과정에서 이방성 염료의 색 변화를 감소시킬 수 있으므로 투과도 가변 특성이 우수한 액정 소자를 구현할 수 있다.
고분자 전구체는, 예를 들어, 경화성 물질을 포함할 수 있다. 경화성 물질로는 소위 PDLC 소자의 고분자 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 알려진 하나 이상의 경화성 관능기를 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 상기 경화성 관능기를 가지는 화합물로는, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 관능기로 가지는 화합물 등이 예시될 수 있다.
고분자 전구체는, 경화성 물질로서, 예를 들어, 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머를 의미할 수 있다. 본 출원에서 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머는 분자 내 우레탄 결합을 포함하고, 2개 이상의 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 올리고머는, 경화성 등을 고려하여 2개의 아크릴로일기(또는 메타크로일기)를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머는, 예를 들어, 폴리올과 다가 이소시아네이트 화합물 및 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 화합물의 반응물일 수 있다.
폴리올는, 폴리부타디엔디올, 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리카보네이트디올 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 폴리올로는, 예를 들어, 분자 내에 히드록시기를 2개 갖는 폴리올 화합물을 사용할 수 있다. 2개의 히드록시기를 가지는 폴리에테르폴리올로는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜(폴리부틸렌글리콜), 폴리헥사메틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올, 2,2-비스(4-히드록시시클로헥실)프로판, 비스페놀A 등에 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 등이 부가된 화합물 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
2개의 히드록시기를 가지는 폴리에스테르 폴리올은 예를 들면 알코올 성분과 산 성분을 반응시켜 얻을 수 있다. 2개의 히드록시기를 가지는 폴리에스테르 폴리올은 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜(폴리부틸렌글리콜), 1,3-부틸렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 2,2-비스(4-히드록시시클로헥실)프로판, 비스페놀A 등에 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 등이 부가된 화합물 혹은 ε-카프로락톤이 부가된 화합물 등을 알코올 성분으로 하고, 아디핀산, 세바신산, 아젤라인산, 도데칸디카르본산 등의 2염기산 및 그 무수물을 산 성분으로 하며, 알코올 성분과 산 성분을 반응시켜 사용할 수 있다. 상기 알코올 성분, 산 성분 및 ε-카프로락톤의 삼자를 동시에 반응시킴으로써 얻어지는 화합물도 폴리에스테르 폴리올로서 사용할 수 있다.
다가 이소시아네이트 화합물로는, 톨루엔 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트 또는 페닐렌 디이소시아네이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 화합물로는, 예를 들어, 탄소수 2 내지 12의 알킬기를 가지는 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 화합물을 사용할 수 있다. 이러한 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 화합물로는, 예를 들어, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메타)아크릴레이트 또는 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.
우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머로는, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 2 내지 12의 지방족 알킬기이며, R3는 톨루엔, 디페닐메탄, 헥사메틸렌, 이소포론, 테트라메틸자일렌, 디사이클로헥실메탄, 나프탈렌 또는 페닐렌이고, X는 -(CH2CH2O)m-CH2CH2 -또는 -(CH2CH(CH3)O)m-CH2CH(CH3)-이며, m1 및 m2는, 각각 1 이상의 정수이며, n은 1 내지 20 범위 내의 정수이다.
상기 올리고머의 중량평균분자량은, 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 올리고머는, 1,500 이상, 1,600 이상, 1,700 이상, 1,800이상, 1,900 이상, 2,000 이상, 2,100 이상, 2,200 이상, 2,300 이상, 2,400 이상 또는 2,500 이상일 수 있고, 상한은 7,000 이하, 6,800 이하, 6,600 이하, 6,400 이하, 6,200 이하, 6,000 이하, 5,800 이하, 5,600 이하, 5,400 이하, 5,200 이하 또는 5,000 이하의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 올리고머의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 예를 들어, 액정 화합물과의 상호 작용에 의하여 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드를 효과적으로 스위칭하는 액정 소자를 구현할 수 있다.
고분자 전구체는, 경화성 물질로서, 예를 들어, 경화성 관능기를 하나 가지는 일관능성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 일관능성 화합물은, 예를 들면, 액정 화합물의 상용성을 개선하고 액정 조성물의 점도를 조절하기 위한 희석제의 역할을 할 수 있다. 일관능성 화합물로는, 예를 들면, 경화성 관능기로서 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 하나 가지는 화합물(이하, 일관능성 아크릴레이트로 호칭될 수 있다.)을 사용할 수 있다.
일관능성 아크릴레이트로는, 예를 들면, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다. 화학식 2에서 R에 존재할 수 있는 알킬기의 예로는 메틸기 또는 에틸기를 들 수 있다. 화학식 1에서 X의 알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 12, 탄소수 6 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기일 수 있다. 구체적으로, 화학식 1에서 X의 알킬기는, 예를 들면, 2-에틸헥실기 또는 이소옥틸기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 일관능성 아크릴레이트의 구체적인 예로는, 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 3]
[화학식 4]
고분자 전구체는, 경화성 물질로서, 예를 들어, 경화성 관능기를 2개 이상 가지는 다관능성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 다관능성 화합물로는, 예를 들어, 경화성 관능기로서 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 2개 이상 가지는 화합물(이하, 다관능성 아크릴레이트로 호칭될 수 있다.)을 사용할 수 있다. 다관능성 아크릴레이트로는, 예를 들어, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 2개 가지는 2관능성 아크릴레이트 및 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 3개 이상 가지는 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트를 사용할 수 있다.
2관능성 아크릴레이트로는, 예를 들어, 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 5]
화학식 5에서 R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기 또는 알킬리덴기이다. 화학식 2에서 R은, 예를 들면, 수소 또는 메틸기일 수 있다. 화학식 2에서 X의 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 10, 탄소수 1 내지 8, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 4 내지 8의 알킬렌기 또는 알킬리덴기일 수 있다. 상기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다.
이러한 2관능성 아크릴레이트의 구체적인 예로, 하기 화학식 6 또는 화학식 7로 표시되는 화합물 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 6]
[화학식 7]
상기 화학식 6 또는 화학식 7에서, R1은 수소 또는 메틸기이고 n은 1 내지 10 범위 내의 정수이다.
3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트로는, 예를 들면, 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 8]
화학식 8에서 n은 3 이상의 수이고, m은 0 내지 5의 수이며, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 (m+n)가의 라디칼이며, Y는 수소 또는 알킬기이다. 화학식 1 내지 3에서 R 또는 Y에 존재할 수 있는 알킬기의 예로는 메틸기 또는 에틸기를 들 수 있다. 화학식 3에서 n은, 3 이상, 3 내지 8, 3 내지 7, 3 내지 6, 3 내지 5 또는 3 내지 4의 범위 내의 어느 하나의 수일 수 있다. 또한, 화학식 3에서 m은 0 내지 5, 0 내지 4, 0 내지 3, 0 내지 2 또는 0 내지 1의 범위 내의 어느 하나의 수일 수 있다. 화학식 3에서 X는 (m+n)가의 라디칼이고, 예를 들면, 예들 들면, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 6의 하이드로카본, 예를 들면, 직쇄 또는 분지쇄의 알칸으로부터 유도된 (m+n)가 라디칼일 수 있다.
이러한 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트의 구체적인 예로, 하기 화학식 9 또는 화학식 10으로 표시되는 화합물 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 9]
[화학식 10]
액정 조성물 내에서, 전술한 경화성 물질들의 비율은, 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 액정 조성물 내의 고분자 전구체는, 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머 1 내지 50 중량부, 일관능성 아크릴레이트 20 내지 80 중량부 및 다관능성 아크릴레이트 6 내지 110 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다관능성 아크릴레이트는, 예를 들어, 5 내지 90 중량부의 2관능성 아크릴레이트 및 1 내지 20 중량부의 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머는, 고분자 전구체 내에, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상, 4 중량부 이상, 6 중량부 이상, 8 중량부 이상, 10 중량부 이상, 12 중량부 이상, 14 중량부 이상, 16 중량부 이상, 18 중량부 이상, 20 중량부 이상, 22 중량부 이상 또는 24 중량부 이상의 비율로 포함될 수 있다. 상기 올리고머의 고분자 전구체 내의 비율의 상한은, 예를 들어, 50 중량부 이하, 48 중량부 이하, 46 중량부 이하, 44 중량부 이하, 42 중량부 이하, 40 중량부 이하, 38 중량부 이하, 36 중량부 이하, 34 중량부 이하, 32 중량부 이하, 30 중량부 이하, 28 중량부 이하 또는 26 중량부 이하일 수 있다. 올리고머의 고분자 전구체 내의 비율이 상기 범위 내인 경우, 예를 들면, 액정 화합물과의 상호 작용에 의하여 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드를 효과적으로 스위칭하는 액정 소자를 구현할 수 있다.
일관능성 아크릴레이트는, 구체적으로, 고분자 전구체 내에, 20 중량부 이상, 22.5 중량부 이상, 25 중량부 이상, 27.5 중량부 이상, 30 중량부 이상, 32.5 중량부 이상, 35 중량부 이상, 37.5 중량부 이상, 40 중량부 이상, 42.5 중량부 이상, 45 중량부 이상 또는 47.5 중량부 이상의 비율로 내에 포함될 수 있다. 일관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율의 상한은, 예를 들면, 80 중량부 이하, 77.5 중량부 이하, 75 중량부 이하, 72.5 중량부 이하, 70 중량부 이하, 67.5 중량부 이하, 65 중량부 이하, 62.5 중량부 이하, 60 중량부 이하, 57.5 중량부 이하, 55 중량부 이하 또는 52.5 중량부 이하일 수 있다. 일관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들어, 액정 화합물과의 상용성을 개선할 수 있고 액정 조성물의 적절한 점도를 유지할 수 있다.
2관능성 아크릴레이트는, 구체적으로, 고분자 전구체 내에, 5 중량부 이상, 10 중량부 이상, 15 중량부 이상, 20 중량부 이상, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상, 40 중량부 이상 또는 45 중량부 이상의 비율로 포함될 수 있다. 2관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율의 상한은, 예를 들면, 90 중량부 이하, 85 중량부 이하, 80 중량부 이하, 75 중량부 이하, 70 중량부 이하, 65 중량부 이하, 60 중량부 이하, 55 중량부 이하 또는 50 중량부 이하일 수 있다. 2관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들면, 액정 조성물의 헤이즈 특성을 효과적으로 유발할 수 있으므로, 투과도 가변 특성이 우수한 액정 소자를 구현할 수 있다.
3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트는, 구체적으로, 고분자 전구체 내에, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상, 3 중량부 이상, 4 중량부 이상, 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상 또는 9 중량부 이상의 비율로 포함될 수 있다. 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율의 상한은, 예를 들어, 20 중량부 이하, 19 중량부 이하, 18 중량부 이하, 17 중량부 이하, 16 중량부 이하, 15 중량부 이하, 14 중량부 이하, 13 중량부 이하, 12 중량부 이하, 11 중량부 이하 또는 10 중량부 이하일 수 있다. 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트의 고분자 전구체 내의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들면, 액정 조성물의 경화밀도를 향상시킬 수 있으므로, 투과도 가변 특성이 우수한 액정 소자를 구현할 수 있다.
액정 조성물은, 개시제로서, 예를 들어, 옥심 에스테르 개시제를 포함한다. 옥심 에스테르 개시제로는, 분자 내 옥심 에스테르기를 가지고, 전술한 경화성 물질의 경화 또는 중합을 개시할 수 있는 것이라면, 특별한 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 옥심 에스테르 개시제의 구체적인 예로, OXE-02 또는 ZS-539 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
옥심 에스테르 개시제를 사용하는 경우, 예를 들어, 후술하는 액정 소자의 투과도 가변 특성을 향상시키기 위해 포함되는 이방성 염료가 경화 과정에서 색이 변화하는 현상을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 개시제로서 벤조페논계, α-아미노케논계, 아크릴포스핀옥사이드계 등의 개시제를 사용하는 경우 이방성 염료, 예를 들면, 흑색 염료의 변색이 심하게 유발된다. 특히 액정 소자의 투과도를 더욱 효과적으로 가변시키기 위하여 Cyan계, Blue계 또는 Yellow계 염료를 적절히 조합하여 흑색을 나타내는 염료 혼합물을 사용하는 경우, 상기 계열의 염료들은 공액성 분자 길이가 상대적으로 길기 때문에 벤조페논계, α-아미노케논계, 아크릴포스핀옥사이드계 등의 개시제와는 부반응이 유발될 수 있다. 반면, 옥심 에스테르 개시제는 상기 염료들과 부반응이 상대적으로 낮으므로, 공액 (conjugation) 구조의 변화를 방지할 수 있기 때문에 중성의 색을 유지할 수 있다.
옥심 에스테르 개시제의 액정 조성물 내의 비율은 목적 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 옥심 에스테르 개시제는, 예를 들어, 고분자 전구체 100 중량부 대비, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상, 3 중량부 이상, 4 중량부 이상, 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8, 중량부 이상 또는 9 중량부 이상의 비율로 액정 조성물 내에 포함될 수 있다. 옥심 에스테르 개시제의 고분자 전구체 100 중량부 대비 비율의 상한은, 예를 들면, 20 중량부 이하, 19 중량부 이하, 18 중량부 이하, 17 중량부 이하, 16 중량부 이하, 15 중량부 이하, 14 중량부 이하, 13 중량부 이하, 12 중량부 이하 또는 11 중량부 이하일 수 있다. 옥심 에스테르 개시제가 상기 비율로 포함되는 경우, 예를 들면, 경화성 물질의 경화를 효과적으로 개시할 수 있을 뿐만 아니라 경화 과정에서 이방성 염료의 색 변화도 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이러한 고분자 전구체로부터 제조된 고분자 네트워크의 유전율(dielectric anisotropy)은, 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 네트워크는, 3 이상, 3.5 이상 또는 4 이상의 유전율을 가질 수 있다. 고분자 네트워크는, 이러한 유전율의 범위에서, 예를 들어, 액정 소자의 구동 전압 특성을 우수하게 유지할 수 있다. 상기 유전율의 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 20 이하, 15 이하 또는 10 이하 정도일 수 있다.
고분자 전구체는, 전술한 바와 같이, 비중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 액정 화합물은, 예를 들어, 고분자 네트워크와는 결합되어 있지 않으며 외부에서 전압이 인가될 경우에 그에 따라서 배향이 변경될 수 있는 형태일 수 있다. 이를 위하여, 액정 화합물은, 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 비중합성 액정 화합물일 수 있다.
액정 화합물로는, 액정 소자의 고분자 네트워크 내에서 배향이 스위칭될 수 있는 상태로 존재할 수 있고, 그 배향의 스위칭에 의해 액정 소자의 광변조 특성을 조절할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 다양한 종류를 사용 가능하다. 액정 화합물로는, 또한, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬되어 있지 않고 랜덤하게 배치된 경우에 고분자 네트워크와의 작용을 통해 광의 산란을 유도할 수 있고, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬된 경우에는 그 배향 방향에 따라 투과 모드 또는 적절한 위상차를 나타내는 모드로 작용할 수 있는 화합물을 사용할 수 있다. 액정 화합물의 구체적인 예로, 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 화합물은 유전율 이방성은, 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 유전율 이방성은 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 화합물은, 예를 들어, 4 이상, 6 이상, 8 이상 또는 10 이상의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성이 상기 범위 내인 경우, 예를 들어, 구동 전압 특성이 우수한 소자를 제공할 수 있다. 또한, 유전율 이방성은 그 수치가 높을수록 소자가 적절한 특성을 나타낼 수 있는 것으로, 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 이러한 액정 화합물의 이상 유전율은, 구체적으로, 약 6 내지 50 범위 내일 수 있고, 정상 유전율은, 구체적으로, 약 2.5 내지 7 범위 내일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 조성물 내에서 고분자 전구체와 액정 화합물의 중량 비율을 목적 물성을 손상시키지 않는다면, 특별히 제한되지 않는다. 액정 화합물은, 예를 들어, 고분자 전구체 100 중량부 대비 50 중량부 이상, 75중량부 이상, 100 중량부 이상, 125 중량부 이상, 150 중량부 이상, 175 중량부 이상, 200 중량부 이상, 225 중량부 이상, 250 중량부 이상 275 중량부 이상 또는 300 중량부 이상으로 포함될 수 있다. 액정 화합물의 액정 조성물 내의 비율의 상한은, 예를 들어, 600 중량부 이하, 575 중량부 이하, 550 중량부 이하, 525 중량부 이하, 500 중량부 이하, 475 중량부 이하, 450 중량부 이하, 425 중량부 이하, 400 중량부 이하일 수 있다. 액정 조성물과 고분자 전구체의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들어, 고분자 네트워크의 배향성이 적절하게 유지될 수 있다.
액정 조성물은, 전술한 바와 같이, 이방성 염료를 포함한다. 본 출원에서 염료는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 이방성 염료는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이방성 염료로는, 예를 들면, 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이방성 염료는, 예를 들면, 흑색 염료(Black dye)일 수 있다. 흑색 염료로는 단독으로 흑색을 나타낼 수 있는 염료를 사용하거나 또는 투과도를 보다 효과적으로 가변시키기 위하여 조합에 의하여 흑색을 나타낼 수 있는 2종 이상의 염료들의 혼합물을 사용할 수 있다. 염료들의 혼합물을 사용할 경우 흑색을 나타내도록 하기 위해서 각 염료들의 흡수 파장 및 흡광 계수에 따라 그 조성비를 적절히 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 염료들의 혼합물은 Cyan계, Magenta계 또는 Yellow계 염료를 적절한 조성으로 포함할 수 있고, 상술한 바와 같이 광 개시제로서 옥심 에스테르계 개시제를 선택하는 경우 공액성 분자 길이가 상대적으로 긴 상기 염료들의 부반응을 유발하지 않으므로 경화 과정에서 상기 염료들의 색 변화를 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 염료로는, 예를 들면, 아조계 염료, 안트라퀴논 염료 등이 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 가변 특성의 측면에서 아조계 염료를 선택하여 사용할 수 있다.
이방성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이방성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값이 5 이상, 6 이상 또는 7 이상인 염료를 사용할 수 있다. 상기 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
이방성 염료의 액정 조성물 내의 비율은 목적하는 물성, 예를 들면, 투과도 가변 특성 조절 등을 손상시키지 않는다면 이방성 염료의 흡광 계수 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 이방성 염료는, 예를 들어, 전체 액정 조성물 100 중량부 대비 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상, 1.0 중량부 이상, 1.1 중량부 이상, 1.2 중량부 이상, 1.3 중량부 이상 또는 1.4 중량부 이상의 비율로 포함될 수 있다. 이방성 염료의 액정 조성물 내의 비율의 상한은, 예를 들어, 3 중량부 이하, 2.9 중량부 이하, 2.8 중량부 이하, 2.7 중량부 이하, 2.6 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 2.4 중량부 이하, 2.3 중량부 이하, 2.2 중량부 이하, 2.1 중량부 이하, 2.0 중량부 이하, 1.9 중량부 이하, 1.7 중량부 이하 또는 1.6 중량부 이하로 포함될 수 있다. 이방성 염료의 액정 조성물 내의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들면, 액정 소자의 투과도 가변 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
액정 조성물은, 상기 언급한 화합물에 추가로 필요한 경우에 용매, 라디칼 또는 양이온 개시제, 염기성 물질, 네트워크를 형성할 수 있는 기타 반응성 화합물, 액정 화합물 또는 계면 활성제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 네트워크 또는 그 전구 물질은 액정성 화합물, 예를 들면, 반응성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 경우에도 상기 액정성 화합물의 비율은 소량으로 조절되는 것이 적절하다.
본 출원은 또한, 액정 소자(liquid crystal device)에 관한 것이다. 액정 소자는, 예를 들어, 액정층을 포함할 수 있다. 액정층은, 예를 들어, 전술한 액정 조성물의 경화 생성물일 수 있다. 상기 액정층 내에서는, 예를 들어, 고분자 전구체가 고분자 네트워크를 형성하고 있고, 비경화성 액정 화합물 및 이방성 염료가 상기 네트워크 내에 분산된 상태로 존재할 수 있다. 상기 액정 화합물 및 이방성 염료는, 예를 들어, 액정 영역을 형성하면서 고분자 네트워크와 상분리된 상태로 존재할 수 있다. 도 1은 고분자 네트워크(1011) 및 액정 영역(1012)을 포함하는 액정층(101)을 가지는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 1에서 액정 영역(1012) 내의 화살표는 액정 화합물이고, 타원체는 이방성 염료이다. 액정 소자에서 상기 고분자 전구체, 고분자 네트워크, 비경화성 액정 화합물 및 이방성 염료에 대한 내용은 액정 조성물의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
액정층은, 예를 들어, 전술한 액정 조성물의 경화 생성물일 수 있다. 예를 들어, 액정층은, 전술한 액정 조성물을 포함하는 층, 예를 들면, 상기 조성물을 코팅하여 형성된 층을 경화 또는 중합시켜서 고분자 네트워크 및 상기 고분자 네트워크 내에 상 분리되어 분산되어 있고 액정 화합물과 이방성 염료를 포함하는 액정 영역을 가지도록 형성될 수 있다. 상기에서 경화 또는 중합은, 경화 또는 중합을 유도할 수 있는 적절한 에너지, 예를 들면 광을 조사하여 수행할 수 있다.
적절한 배향성 네트워크의 형성을 위해 경화 또는 중합은 액정 조성물의 층이 네마틱 상태를 유지한 상태에서 수행될 수 있다. 상기 층이 네마틱 상태가 아닌 상태, 예를 들면, 등방성(isotropic) 상태에서 층이 형성되면 적절한 배향성이 확보되지 않을 수 있다. 네마틱 상태의 유지를 위해 상기 중합은 액정 조성물의 층의 네마틱 온도(Tni) 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 본 출원에서 네마틱 온도는 상기 층이 네마틱 상태에서 등방성 상태로 전이되는 온도를 의미하고, 이 온도의 범위는 상기 층의 조성에 따라서 결정될 수 있다. 상기 중합이 상기 층의 네마틱 온도 미만, 즉 상기 층이 네마틱 상태인 상태에서 수행되는 한 그 온도는 특별히 제한되지 않는다.
경화 또는 중합을 위한 에너지의 인가, 예를 들면, 광의 조사의 조건은, 경화성 물질이 경화되어 고분자 네트워크가 형성되고, 액정 화합물 및 이방성 염료가 상분리되어 액정 영역을 형성할 수 있도록 수행되는 한 특별히 제한되지 않는다. 필요한 경우에 고분자 네트워크의 형성 등을 보다 촉진하기 위하여 상기 광의 조사 공정의 전 또는 후, 또는 그와 동시에 적절한 열의 인가 또는 노광 공정을 수행할 수 있다.
액정층의 두께는 목적 물성, 예를 들면 투과도 가변 특성 등을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들면, 1㎛ 내지 10㎛ 정도의 범위 내에 있을 수 있다.
액정층 내의 액정 화합물은 정렬된 상태 또는 정렬되지 않은 상태로 고분자 네트워크 내에 분산되어 존재할 수 있다. 액정 화합물은, 예를 들어, 초기 상태에서 정렬되지 않은 상태로 존재할 수 있다. 본 출원에서 용어「초기 상태」는, 외부 전압과 같이 액정 화합물의 배향에 영향을 미칠 수 있는 외부 작용이 존재하지 않는 상태를 의미할 수 있다. 액정 화합물의 초기 상태는 외부 작용에 의해 변환될 수도 있고, 외부 작용이 사라지면 다시 초기 상태로 복귀할 수 있다. 예를 들면, 액정 화합물이 초기 상태에서 정렬되지 않은 상태로 존재할 경우 외부 작용에 의해 정렬되지 않은 상태로 변환될 수 있고, 외부 전압이 사라지면 다시 정렬되지 않은 상태로 복귀할 수 있다.
액정 소자는 액정 화합물의 초기 정렬 상태를 조절하고 전압과 같은 외부 작용의 인가 등을 통해 다양한 모드 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 액정 소자는, 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 본 출원에서 헤이즈 모드는 액정 소자가 예정된 일정 수준 이상의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미하고, 비헤이즈 모드는 광의 투과가 가능한 상태 또는 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미할 수 있다.
예를 들어, 비헤이즈 모드에서 액정 소자의 헤이즈는 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 예를 들어, 헤이즈 모드에서는 액정 소자는, 헤이즈가 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있다. 상기 헤이즈는, 측정 대상을 투과하는 전체 투과광의 투과율에 대한 확산광의 투과율의 백분율일 수 있다. 상기 헤이즈는, 헤이즈미터(hazemeter, NDH-5000SP)를 사용하여 평가할 수 있다. 헤이즈는 상기 헤이즈미터를 사용하여 다음의 방식으로 평가할 수 있다. 즉, 광을 측정 대상을 투과시켜 적분구 내로 입사시킨다. 이 과정에서 광은 측정 대상에 의하여 확산광(DT)과 평행광(PT)으로 분리되는데, 이 광들은 적분구 내에서 반사되어 수광 소자에 집광되고, 집광되는 광을 통해 상기 헤이즈의 측정이 가능하다. 즉, 상기 과정에 의한 전 투과광(TT)는 상기 확산광(DT)과 평행광(PT)의 총합(DT+PT)이고, 헤이즈는 상기 전체 투과광에 대한 확산광의 백분율(Haze(%) = 100×DT/TT)로 규정될 수 있다.
액정 소자는 또한, 우수한 투과도 가변 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 액정 소자는, 헤이즈 모드에서의 투과율이 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 38% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하일 수 있다. 액정 소자는 또한, 예를 들어, 비헤이즈 모드에서의 투과율이 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 77.5% 이상, 80% 이상, 82.5% 이상, 85% 이상, 87.5% 이상 또는 90% 이상일 수 있다. 이러한 투과도 가변 특성은, 예를 들면, 액정층 내에 이방성 염료를 적절히 포함시키고, 광 개시제로서 옥심 에스테르계 광 개시제를 적용함으로써 달성될 수 있다.
액정 소자는 또한, 낮은 구동 전압을 통해 구동이 가능하다. 예를 들어, 액정 소자는 헤이즈가 90% 이상인 헤이즈 모드와 헤이즈가 10% 미만인 비헤이즈 모드의 사이를 스위칭하기 하기 위한 요구 전압이 70V 이하, 65V 이하, 60 V 이하, 55 V 이하, 50 V 이하, 45 V 이하, 40 V 이하, 35 V 이하 또는 30 V 이하일 수 있다. 상기 요구 전압은, 낮을수록 소자의 성능이 우수한 것을 의미하므로, 상기 요구 전압의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 요구 전압은 5 V 이상일 수 있다. 이러한 낮은 구동 전압은 전술한 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머를 적절한 비율로 사용함으로써 달성할 수 있다.
액정 소자는 또한, 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 배향막은, 예를 들면, 액정층과 인접하여 배치되어 있을 수 있다. 본 출원에서 배향막이 액정층과 인접하여 배치되어 있다는 것은, 배향막이 액정층의 배향이 영향을 미칠 수 있도록 배치되어 있음을 의미하고, 하나의 예시에서 배향막과 액정층이 접하여 형성되어 있음을 의미할 수 있지만, 배향막이 액정층의 배향에 영향을 미칠 수 있는 위치에 존재하는 한 반드시 양자가 접하여 위치하여야 하는 것은 아니다. 도 2는 배향막(201) 및 상기 배향막의 일면에 형성된 액정층(101)을 포함하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 2에서 액정층(101)은 고분자 네트워크(1011) 및 액정 영역(1012)을 포함하고, 액정 영역(1012) 내의 액정 화합물은 화살표로 표시되어 있고, 이방성 염료는 타원체로 표시되어 있다.
배향막으로는, 특별한 제한없이 공지의 배향막을 사용할 수 있다. 이러한 배향막은, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
액정 소자는 또한, 하나 또는 2개 이상의 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 통상적으로 액정층은 대향 배치된 2개의 기재층의 사이에 배치될 수 있다. 도 3은 서로 소정 간격으로 이격되어 대향 배치되어 있는 기재층(301A, 302B)의 사이에 액정층(101)이 존재하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재층으로는, 광학적으로 등방성인 기재층이나, 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재층 또는 편광판이나 컬러 필터 기판 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 편광층이 기재층의 내측, 즉 액정층과 기재층의 사이에 존재하는 경우에는 기재층으로서 이방성 기재층이 사용되는 경우에도 적절한 성능의 소자가 구현될 수 있다.
플라스틱 기재층으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재층을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
액정 소자는 또한, 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 전극층은, 예를 들어, 기재층의 액정층 측면에 존재할 수 있다. 전극층은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 수 있다. 전극층은, 투명성을 가지도록 형성될 수 있다. 이 분야에서는, 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 필요한 경우에, 기재층의 표면에 형성되는 전극층은 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
본 출원은 또한, 상기 액정 소자의 용도에 대한 것이다. 예시적인 액정 소자는, 예를 들면, 롤투롤 공정 등을 통하여 간단하고 연속적으로 제조할 수 있으며 플렉서블 소자로 구현될 수 있다. 액정 소자는 또한 경화 과정에서 이방성 염료의 색 변화를 방지할 수 있으므로 우수한 투과도 가변 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정 소자는, 예를 들어, 광변조 장치에 포함되어 사용될 수 있다. 광변조 장치로는, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 광 변조 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 액정 조성물은 헤이즈 모드와 비헤이즈 모드의 사이를 스위칭하는 액정 소자를 제조할 수 있다. 액정 조성물은 또한, 경화 과정에서 이방성 염료의 색 변화를 방지할 수 있으므로 투과도 가변 특성이 우수한 액정 소자를 구현할 수 있다. 이러한 액정 소자는 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
도 1 내지 3은 예시적인 액정 소자를 보여준다.
도 4는 이방성 염료의 색 변화 평가 결과를 나타낸다.
도 5 내지 7은 이방성 염료의 UV 조사 전 후의 분해 정도 평가 결과를 나타낸다.
도 8은 구동 전압 평가 결과를 나타낸다.
도 4는 이방성 염료의 색 변화 평가 결과를 나타낸다.
도 5 내지 7은 이방성 염료의 UV 조사 전 후의 분해 정도 평가 결과를 나타낸다.
도 8은 구동 전압 평가 결과를 나타낸다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1
액정 조성물 및 소자의 제조
우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머(SU530, Mw: 5,000, 솔텍사제) 100mg, 2관능성 아크릴레이트(HDDA, aldrich사제) 300mg, 3관능성 아크릴레이트(PETA, aldrich사제) 20 mg, 일관능성 아크릴레이트(EHA, TCI사제) 570 mg, 이방성 염료(X12, BASF사제) 20mg 및 광 개시제(Zs-539, fuji film사제) 10 mg을 혼합하여 고분자 전구 물질을 제조하고, 상기 전구 물질에 액정 화합물 (HPC21600, HCCH사제) 2.3g을 첨가한 후, 직경 20㎛의 볼타입의 스페이서 20 mg 넣고, 7시간 동안 교반기에서 교반한 후, 액정 조성물을 제조하였다. 그 후, ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm)의 표면에 상기 액정 조성물을 mayer bar(#10)를 이용하여 바 코팅하였다. 코팅된 조성물 상에 ITO가 증착된 PET 필름이 접하도록 적층한 후에 30 mW의 고압 수은등 하에서 20초 동안 UV를 조사하여 액정 소자를 제조하였다.
실시예
2
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure OXE-02 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
실시예
3
전구 물질의 제조 시에 이방성 염료로, 하기 화학식 A의 Cyan계 염료, 하기 화학식 B의 Magenta계 염료 및 하기 화학식 C의 Yellow계 염료의 혼합에 의하여 제조된 흑색 염료(IRGAPHOR Bk S0200DD, BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
실시예
4
전구 물질의 제조 시에 2관능성 아크릴레이트로 TPGDA (aldrich사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
1
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure 369 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
2
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure 907 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
3
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure 819 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
4
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 TPO (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
5
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure 907 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
6
전구 물질의 제조 시에 광 개시제로 Igacure 819 (BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
7
전구 물질의 제조 시에 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머 대신에 폴리에스터계 올리고머(PE 44 F, BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
비교예
8
전구 물질의 제조 시에 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머 대신에 폴리에스터계 올리고머(PE 44 F, BASF사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방식으로 소자를 제조하였다.
시험예
1. 염료의 색 변화에 대한 평가
실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 액정 소자에 대하여 DSLR 카메라(모델명: 알파58, 제조사: SONY)를 이용하여 염료의 색 변화를 평가하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 평가 결과, 옥심 에스테르계 광 개시제를 적용한 실시예 1 및 2에 비하여, α-아미노케톤계 광 개시제를 적용한 비교예 1 및 2와 아크릴포스핀 옥사이드계 광 개시제를 적용한 비교예 3및 4의 경우에 염료의 색이 더 많이 변색되는 것을 확인할 수 있다.
시험예
2.
UV
조사 전 후의 염료의 반응 분해 정도 평가
실시예 3 및 비교예 5, 6에서 제조된 액정 소자에 대하여, LTQ XL mass spectrometer(Thermo, USA)를 이용하여 UV 조사 전후의 염료들의 반응 분해 수준을 LC--MS를 통해서 평가하고, 평가 결과를 하기 표 1 및 도 5 내지 7에 나타내었다. 평가 결과, 옥심 에스테르계 광 개시제를 적용한 실시예 3에 비하여, α-아미노케톤계 광 개시제를 적용한 비교예 5와 아크릴포스핀 옥사이드계 광 개시제를 적용한 비교예 6의 경우에 UV 조사 후 염료들의 반응 분해 정도가 더 높은 것을 확인할 수 있다.
| Yellow계 염료 | Magenta계 염료 | Cyan계 염료 | ||||
| UV 전 | UV 후 | UV 전 | UV 후 | UV 전 | UV 후 | |
| 실시예 3 | 33 | 33 | 52 | 51 | 71 | 61 |
| 비교예 5 | 39 | 28 | 58 | 41 | 79 | 36 |
| 비교예 6 | 43 | 29 | 66 | 44 | 95 | 36 |
시험예
3. 구동 전압의 평가
실시예 1, 4 및 비교예 7, 8에서 제조된 액정 소자의 상하 기재층의 ITO 투명 전극층에 AC 전원을 연결하고, 구동시키면서, 각 소자의 구동 시에 요구되는 구동 전압을 평가하였다. 구동 전압은 헤이즈 모드로 형성된 소자가 전압의 인가에 의해 비헤이즈 모드로 전환될 때에 투과도가 포화되는(saturated) 시점에서의 전압을 평가하였다. 이러한 구동 전압의 평가 결과를 하기 도 8 및 표 2에 기재하였다.
| 구동 전압 (단위: Volt) | ||
| 실시예 | 1 | 37.9 |
| 4 | 23.1 | |
| 비교예 | 7 | 88.5 |
| 8 | 76.4 | |
101: 액정층
1011: 고분자 네트워크
1012: 액정 영역
201: 배향막
301A, 301B: 기재층
1011: 고분자 네트워크
1012: 액정 영역
201: 배향막
301A, 301B: 기재층
Claims (18)
- 고분자 전구체, 옥심 에스테르 개시제, 비경화성 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하고, 상기 이방성 염료는 조합에 의하여 흑색을 나타내는 2종 이상의 염료들의 혼합물을 포함하는 흑색 염료를 포함하는 액정 조성물의 경화 생성물인 액정층을 포함하고, 상기 액정층 내에서 고분자 전구체가 고분자 네트워크를 형성하고 있으며, 비경화성 액정 화합물 및 이방성 염료가 상기 네트워크 내에 분산된 상태로 존재하는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 고분자 전구체는 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머를 포함하는 액정 소자.
- 제 2 항에 있어서, 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 액정 소자:
[화학식 1]
화학식 1에서 R1은 수소 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 2 내지 12의 지방족 알킬기이며, R3는 톨루엔, 디페닐메탄, 헥사메틸렌, 이소포론, 테트라메틸자일렌, 디사이클로헥실메탄, 나프탈렌 또는 페닐렌이고, X는 -(CH2CH2O)m1-CH2CH2 -또는 -(CH2CH(CH3)O)m2-CH2CH(CH3)-이며, m1 및 m2는, 각각 1 이상의 정수이며, n은 1 내지 20 범위 내의 정수이다. - 제 1 항에 있어서, 고분자 전구체는 일관능성 아크릴레이트를 포함하는 액정 소자.
- 제 4 항에 있어서, 일관능성 아크릴레이트는 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물인 액정 소자:
[화학식 3]
[화학식 4]
- 제 1 항에 있어서, 고분자 전구체는 다관능성 아크릴레이트를 포함하는 액정 소자.
- 제 6 항에 있어서, 다관능성 아크릴레이트는 2관능성 아크릴레이트 및 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트를 포함하는 액정 소자.
- 제 7 항에 있어서, 2관능성 아크릴레이트는 하기 화학식 6 또는 화학식 7로 표시되는 화합물인 액정 소자:
[화학식 6]
[화학식 7]
화학식 6 또는 화학식 7에서, R1은 수소 또는 메틸기이고 n은 1 내지 10 범위 내의 정수이다. - 제 7 항에 있어서, 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트는 하기 화학식 9 또는 화학식 10으로 표시되는 화합물인 액정 소자:
[화학식 9]
[화학식 10]
- 제 7 항에 있어서, 다관능성 아크릴레이트는 5 내지 90 중량부의 2관능성 아크릴레이트 및 1 내지 20 중량부의 3관능 이상의 다관능성 아크릴레이트를 포함하는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 고분자 전구체는 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머 1 내지 50 중량부, 일관능성 아크릴레이트 20 내지 80 중량부 및 다관능성 아크릴레이트 6 내지 110 중량부를 포함하는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 옥심 에스테르 개시제는 고분자 전구체 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부의 비율로 포함되는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 비경화성 액정 화합물은, 고분자 전구체 100 중량부 대비 50 내지 600 중량부 비율로 포함되는 액정 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 이방성 염료는 아조 염료인 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 이방성 염료는 액정 조성물 100 중량부 대비 0.1 내지 3 중량부의 비율로 포함되는 액정 소자.
- 삭제
- 제 1 항의 액정 소자를 포함하는 광변조 장치.
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