KR102039976B1

KR102039976B1 - 액정셀

Info

Publication number: KR102039976B1
Application number: KR1020160010835A
Authority: KR
Inventors: 임은정; 김정운; 오동현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2036-01-28
Also published as: KR20170090236A

Abstract

본 출원은, 액정셀 및 그 용도에 관한 것이다. 본 출원은 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있고, 액정에 대한 첨가제의 용해성 및 분산 특성의 차이로 인한 면내 불균일이 감소될 뿐만 아니라, 구동 전압 특성, 헤이즈 특성 및 신뢰성이 우수한 액정셀을 제공할 수 있다. 이러한 액정 셀은, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 투명 디스플레이용 차광판, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.

Description

액정셀{LIQUID CRYSTAL CELL}

본 출원은 액정셀 및 그 용도에 관한 것이다.

통상 투명 모드 소자(Normally Transparent device)는 예를 들어 외부 작용이 없는 상태에서는 투명 모드가 구현되고, 외부 작용 하에 산란 모드로 전환되며, 외부 작용이 제거되면 다시 투명 모드로 전환되는 소자를 의미할 수 있다.

특허문헌 1에는 투명 모드와 산란 모드 사이의 가변이 가능한 통상 투명 모드 소자가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 소자는 고분자 매트릭스 내에 액정을 분산시켜서 구현되는 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 소자로서, PDLC 내에서 통상 액정 화합물은 배향되어 있지 않은 상태로 존재하므로 전압이 인가되지 않은 상태에서는 산란 상태이나, 수직 배향막을 적용함으로써 통상 투명 모드를 구현하고 있다.

그러나, 특허문헌 1의 PDLC를 이용한 통상 투명 모드 소자는 구동 전압이 높고 노광 특성에 따른 잔류 헤이즈 수준의 변동 및 헤이즈 특성 저하 등의 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제2014-0077861호

본 출원이 해결하고자 하는 과제는 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있고, 액정에 대한 첨가제의 용해성 및 분산 특성의 차이로 인한 면내 불균일이 감소될 뿐만 아니라, 구동 전압 특성, 헤이즈 특성 및 신뢰성이 우수한 액정셀 및 상기 액정셀의 용도를 제공하는 것이다.

본 출원은 액정셀에 관한 것이다. 예시적인 액정셀은 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정셀은 외부 에너지 인가에 의해 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 본 명세서에서 외부 에너지 인가는 예를 들어 전압의 인가를 의미할 수 있다.

상기 액정셀은 네마틱 액정 및 반응성 메소겐을 포함하는 액정층을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 반응성 메소겐은 액정층의 전도도를 조절하여, 액정층에 EHDI(Electro hydro dynamic instability; 전기 유체 역학적 불안정 상태) 특성을 구현할 수 있도록 하는 첨가제로서 기능할 수 있다.

종래 액정층의 전도도를 조절하여 EHDI 특성을 구현하는 첨가제로 사용되었던 이온성 화합물(염; Salt) 또는 전하 이동 복합물 (Charge transfer complex)의 경우, PDLC를 이용한 통상 투명 모드 소자에 비하여 구동 전압 특성 및 헤이즈 특성이 우수하다는 장점이 있으나, 액정에 대한 상기 첨가제의 용해성 및 분산 특성의 차이로 인해 면내 불균일이 발생될 수 있으며, 또한 액정과의 혼합 특성이 좋지 않아 상온에서 재결정이 일어나고, 저온에서 보관 신뢰성이 확보되지 않을 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같은 이방성 염료를 첨가하는 경우 투과율 가변 특성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해소하기 위하여 소량의 첨가제를 사용하는 방안이 있으나, 구동 시 헤이즈 특성이 낮아져, 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭하는 소자로서 구동 특성이 좋지 못하다는 문제점이 있다. 또한, 상기 문제점을 해소하기 위하여 재결정을 필터하여 제거하는 방안이 있으나, 필터 후 액정층의 전도도가 변화되어 특성이 저하되는 문제점이 있다.

이와 달리, 본 출원은 액정층의 전도도를 조절하여 EHDI 특성을 구현하는 첨가제로 네마틱 액정과 유사한 구조를 가지며, 광학적으로 이방적인 특성, 예를 들어, 분자의 장축 방향과 단축 방향으로 상이한 전도도를 갖는 반응성 메소겐을 사용함으로써, 액정층의 전도도를 조절하여 EHDI 특성을 구현할 뿐만 아니라, 네마틱 액정과 용해성 및 분산 특성의 차이로 인한 면내 불균일을 감소시킬 수 있고, 네마틱 액정과 혼합 특성을 개선하여 보관 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라, 구동 전압과 헤이즈 특성이 우수한 액정셀을 제공할 수 있다.

이하, 본 출원의 액정셀에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 네마틱 액정은 네마틱상을 나타내는 액정을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 네마틱상은 액정의 방향자(director)가 소정 방향으로 정렬하되 층상 구조 또는 평면 구조는 형성하지 않으면서 배열되는 액정상을 의미할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 네마틱 액정으로는, 전압과 같은 외부 작용 인가에 의하여 액정의 배향이 변경될 수 있도록 한다는 측면에서 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 비중합성 또는 비가교성 액정을 사용할 수 있다. 상기에서 중합성기 또는 가교성기는 (메타) 아크릴레이트기를 의미할 수 있다.

상기 네마틱 액정으로는 상용 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 네마틱 액정은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 1]

화학식 1에서,

L₁은 단일 결합 또는 -COO-이고,

R₁은 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐기이며,

R₂는 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환 또는 비치환된 사이클로헥실기 또는 할로젠으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이고,

A₁ 내지 A₄는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 또는 시아노기이고,

a는 0 내지3의 정수이고, b는 1 내지 3의 정수이며, a 및 b의 합은 2 이상이다.

본 명세서에서 비치환은 상기 작용기의 모든 수소가 치환되지 않은 상태를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 치환은 상기 작용기의 하나 이상의 수소가 임의의 치환기로 치환된 상태를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 상기 치환기로는 할로젠, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 니트로기 또는 카복실기일 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 네마틱 액정은 예를 들어 하기 화학식 1-1 내지 1-38로 표시되는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

[화학식 1-6]

[화학식 1-7]

[화학식 1-8]

[화학식 1-9]

[화학식 1-10]

[화학식 1-11]

[화학식 1-12]

[화학식 1-13]

[화학식 1-14]

[화학식 1-15]

[화학식 1-16]

[화학식 1-17]

[화학식 1-18]

[화학식 1-19]

[화학식 1-20]

[화학식 1-21]

[화학식 1-22]

[화학식 1-23]

[화학식 1-24]

[화학식 1-25]

[화학식 1-26]

[화학식 1-27]

[화학식 1-28]

[화학식 1-29]

[화학식 1-30]

[화학식 1-31]

[화학식 1-32]

[화학식 1-33]

[화학식 1-34]

[화학식 1-35]

[화학식 1-36]

[화학식 1-37]

[화학식 1-38]

[화학식 1-39]

상기 네마틱 액정의 유전율 이방성은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(εㅗ)의 차이(ε//- εㅗ)를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 용어 「수평 유전율(ε//)」은 액정의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 용어「수직 유전율(εㅗ)」은 액정의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 용어 「광축」은 액정이 막대(rod) 형상인 경우 액정의 장축 방향의 축을 의미할 있고, 액정이 원판 (Discotic) 형상인 경우 원판의 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어「수직 정렬」은 액정의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 90도 내지 65도, 약 90도 내지 75도, 약 90도 내지 80도, 약 90도 내지 85도 또는 약 90도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있고, 「수평 정렬」은 액정의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0 도 내지 25도, 약 0도 내지 15도, 약 0도 내지 10도, 약 0도 내지 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.

상기 네마틱 액정의 유전율 이방성(△ε)은 음수일 수 있다. 이 경우 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성(△ε)의 절대값은 예를 들어 약 1 내지 20 범위 내일 수 있다. 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성(△ε)의 절대값의 하한은 1 이상, 2 이상, 3 이상, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상 또는 9 이상일 수 있고, 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성(△ε)의 절대값의 상한은 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하 또는 11 이하일 수 있다. 상기 네마틱 액정의 유전율 이방성이 상기 범위를 만족하는 경우, 낮은 구동 전압으로도 구동이 가능하며, 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있어, 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭하는 액정셀을 구현하는 데 유리하다.

반응성 메소겐은 액정층의 전도도를 조절하여 EHDI 특성을 구현할 수 있다. 이를 통해 네마틱 액정은 규칙적으로 배열된 상태, 예를 들어 후술하는 투명 모드에서 불규칙적으로 배열된 상태, 예를 들어 후술하는 산란 모드로 그 배열을 전환할 수 있다.

본 명세서에서 반응성 메소겐은 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐 골격을 포함하고, 또한 반응성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 반응성 관능기로는, 예를 들어, 중합성 관능기 또는 가교성 관능기가 예시될 수 있다.

반응성 메소겐은, 다관능성 반응성 메소겐 또는 단관능성 반응성 메소겐을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「다관능성 반응성 메소겐」은, 상기 메소겐 중에서 반응성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 다관능성 반응성 메소겐은 반응성 관능기를 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 2개 내지 5개, 2개 내지 4개, 2개 내지 3개 또는 2개 포함할 수 있다. 또한, 용어 「단관능성 반응성 메소겐 」은, 상기 메소겐 중에서 하나의 반응성 관능기를 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.

상기 반응성 메소겐은 하기 화학식2 내지 5로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

화학식 2 내지 5에서,

P₁ 내지 P₆은 서로 독립적으로 (메트) 아크릴레이트기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기, 에폭시기 또는 니트로기이고,

X₁ 내지 X₅는 서로 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며,

L₂ 내지 L₇은 서로 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌기, -O- 또는 -COO-이고,

A₅내지 A₈은 서로 독립적으로 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 2의 알콕시기이며,

Y₁ 내지 Y₂는 서로 독립적으로 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 시아노기, 할로젠 및 알케닐기로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 2 내지 5에서, P₁ 내지 P₆은 각각 (메트) 아크릴레이트기일 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 2 내지 4에서, X₁ 내지 X₅ 는 각각 탄소수 1 내지 10의 비치환 알콕실렌기일 수 있고, 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 비치환 알콕실렌기, 보다 구체적으로 탄소수 1 내지 3의 비치환 알콕실렌기일 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 2 내지 5에서, L₂ 내지 L₇는 각각 -COO-일 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 2 내지 3에서, A₅내지 A₈은 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기일 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 4 내지 5에서, Y₁ 내지 Y₂ _는 각각시아노기 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기일 수 있다. 보다 구체적으로, 화학식 4에서 Y₁ 는 시아노기 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 알콕시기일 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 의하면, 반응성 메소겐으로 화학식 2의 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어, 하기 화학식 2-1 또는 2-2의 화합물을 사용할 수 있다.

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

본 출원의 다른 일 실시예에 의하면, 반응성 메소겐으로 화학식 4의 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어, 하기 화학식 4-1 내지 4-3의 화합물을 사용할 수 있다.

[화학식 4-1]

[화학식 4-2]

[화학식 4-3]

반응성 메소겐의 액정층 내에서의 비율은 목적하는 물성, 예를 들면, 액정층의 전도도를 조절하여 EHDI 특성 구현, 네마틱 액정과의 혼합 특성 개선 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

하나의 예시에서, 반응성 메소겐은 상기 네마틱 액정 100 중량부 대비 0.1 내지 30 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 구체적으로, 반응성 메소겐은 상기 네마틱 액정 100 중량부 대비 0.1 중량부 이상, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상, 3 중량부 이상, 4 중량부 이상, 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상 또는 10 중량부 이상의 비율로, 30 중량부 이하, 28 중량부 이하, 26 중량부 이하, 24 중량부 이하, 22 중량부 이하, 20 중량부 이하, 18 중량부 이하, 16 중량부 이하, 14 중량부 이하 또는 12 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다. 반응성 메소겐 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 목적하는 물성을 효과적으로 구현하여, 구동 전압 특성 및 헤이즈 특성이 우수한 액정셀을 제공할 수 있다.

본 출원의 액정셀은 EHDI 특성을 구현하는 첨가제로 반응성 메소겐을 사용함으로써, 네마틱 액정 매질 내에서의 용해도를 확보할 수 있으므로, 필요한 경우 종래 첨가제로 사용되었던 이온성 화합물에 비하여 더 많은 양의 반응성 메소겐을 자유롭게 사용할 수 있어 액정셀 제조의 자유도를 높일 수 있다.

상기 액정층은 이온성 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 이온성 화합물은 상기 반응성 메소겐에 비하여 더 적은 함량으로 포함될 수 있다. 액정층이 소량의 이온성 화합물을 더 포함하는 경우, 전도도 조절을 통한 EHDI 특성 구현 및 헤이즈 조절이 용이하다. 또한, 액정층이 소량의 이온성 화합물을 더 포함하는 경우, 구동 전압 저감 특성을 확보할 수 있다. 액정층이 이온성 화합물을 더 포함하는 경우 녹지 않은 이온성 화합물(Salt)를 제거하기 위한 필터 과정이 필요할 수 있다.

액정층이 이온성 화합물을 더 포함하는 경우, 반응성 메소겐은 상기 네마틱 액정 100 중량부 대비 0.1 내지 15 중량부의 비율로 포함될 수 있고, 상기 이온성 화합물을 상기 네마틱 액정 100 중량부 대비 0.01 내지 5 중량부의 비율로 더 포함될 수 있다.

본 명세서에서 이온성 화합물(Ionic compound)은 서로 반대되는 전하를 가진 이온들이, 예를 들어, 양이온과 음이온이, 이온 결합에 의하여 구성된 염 형태의 화합물을 의미할 수 있다. 상기 이온성 화합물은 전기적으로 중성일 수 있다. 이러한 이온성 화합물로는, 예를 들면, 질소-함유 오늄염, 황-함유 오늄염 또는 인-함유 오늄염 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 상기 이온성 화합물은 1가의 양이온 및 1가의 음이온을 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 1가의 양이온은 하기 화학식 6 내지 9 중 어느 하나로 표시될 수 있다.

[화학식 6]

화학식 6에서, Z는 질소, 황 또는 인 원자이고, R_l, R_m, R_n 및 R_o는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 1가의 탄화수소기이며, 단, Z가 황 원자인 경우, R_o는 존재하지 않는다.

[화학식 7]

화학식 7에서, R_a는 탄소수 4 내지 20의 2가의 탄화수소기이고, R_b 및 R_c는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 1가의 탄화수소기이며, 단, 질소 원자(N)가 2중 결합을 포함하는 경우 R_b 또는 R_c는 존재하지 않는다.

[화학식 8]

화학식 8에서, R_d는 탄소수 2 내지 20의 2가의 탄화수소기이고, R_e, R_f 및 R_g는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 1가의 탄화수소기이다.

[화학식 9]

화학식 9에서, R_h는 탄소수 2 내지 20의 2가의 탄화수소기이고, R_i, R_j 및 R_k는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 1가의 탄화수소기이다.

상기 화학식 6 내지 9에서 탄화수소기는 포화 탄화수소기 및 불포화 탄화수소기를 포함하는 의미로서, 상기 탄화수소기는 탄소-탄소 단일 결합 탄소-탄소 이중 결합, 탄소-탄소 삼중 결합 중 둘 이상을 혼합하여 포함할 수도 있다. 또한, 상기 화학식 6 내지 9에서 탄화수소기는 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소기를 포함하는 의미일 수 있다. 또한, 상기 화학식 6 내지 9에서 탄화수소기는 필요에 따라 헤테로 원자를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 화학식 7에서 Rb 또는 Rc 중 어느 하나는 Ra 중의 어느 하나의 탄소와 연결되어 탄화 수소 고리 구조를 형성하고 있을 수도 있다.

보다 구체적으로, 상기 화학식 6로 표시되는 양이온으로는, 예를 들면 테트라알킬암모늄 양이온, 트라이알킬설포늄 양이온, 테트라알킬포스포늄 양이온이나, 상기 알킬기의 일부가 알켄일기나 알콕실기, 추가로 에폭시기에 치환된 것 등을 들 수 있다. 이러한 양이온의 예로, 테트라메틸암모늄 양이온, 테트라에틸암모늄 양이온, 테트라프로필암모늄 양이온, 테트라뷰틸암모늄 양이온, 테트라펜틸암모늄 양이온, 테트라헥실암모늄 양이온, 테트라헵틸암모늄 양이온, 트라이메틸헥사데실암모늄 양이온, 트라이에틸메틸암모늄 양이온, 트라이뷰틸에틸암모늄 양이온, 트라이메틸데실암모늄 양이온, 트라이옥틸메틸암모늄 양이온, 트라이펜틸뷰틸암모늄 양이온, 트라이헥실메틸암모늄 양이온, 트라이헥실펜틸암모늄 양이온, 트라이헵틸메틸암모늄 양이온, 트라이헵틸헥실암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄 양이온, 글라이시딜트라이메틸암모늄 양이온, 다이알릴다이메틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N,N-다이프로필암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N,N-다이헥실암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N,N-다이헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-프로필암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-뷰틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-뷰틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-뷰틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-뷰틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-펜틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-헥실-N-헵틸암모늄 양이온, 트라이메틸헵틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-프로필암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온, 트라이에틸메틸암모늄 양이온, 트라이에틸프로필암모늄 양이온, 트라이에틸펜틸암모늄 양이온, 트라이에틸헵틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-메틸-N-에틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-뷰틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이뷰틸-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이뷰틸-N-메틸-N-헥실암모늄 양이온, 트라이옥틸메틸암모늄 양이온, N-메틸-N-에틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온, 트라이메틸설포늄 양이온, 트라이에틸설포늄 양이온, 트라이뷰틸설포늄 양이온, 트라이헥실설포늄 양이온, 다이에틸메틸설포늄 양이온, 다이뷰틸에틸설포늄 양이온, 다이메틸데실설포늄 양이온, 테트라메틸포스포늄 양이온, 테트라에틸포스포늄 양이온, 테트라뷰틸포스포늄 양이온, 테트라펜틸포스포늄 양이온, 테트라헥실포스포늄 양이온, 테트라헵틸포스포늄 양이온, 테트라옥틸포스포늄 양이온, 트라이에틸메틸포스포늄 양이온, 트라이뷰틸에틸포스포늄 양이온, 트라이메틸데실포스포늄 양이온 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 화학식 7로 표시되는 양이온으로는, 예를 들면, 피리디늄 양이온, 피페리디윰 양이온, 피롤리디늄 양이온, 피롤린 골격을 갖는 양이온, 피롤 골격을 갖는 양이온 등을 들 수 있다. 이러한 양이온의 예로, 1-에틸피리디늄 양이온, 1-뷰틸피리디늄 양이온, 1-헥실피리디늄 양이온, 1-뷰틸-3-메틸피리디늄 양이온, 1-뷰틸-4-메틸피리디늄 양이온, 1-헥실-3-메틸피리디늄 양이온, 1-뷰틸-3,4-다이메틸피리디늄 양이온, 1, 1-다이메틸피롤리디늄 양이온, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 양이온, 2-메틸-1-피롤린 양이온, 1-에틸-2-페닐인돌 양이온, 1,2-다이메틸인돌 양이온, 1-에틸카바졸 양이온 등을 예시할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 화학식 8로 표시되는 양이온으로는, 예를 들면 이미다졸륨 양이온, 테트라하이드로피리미디늄 양이온, 다이하이드로피리미디늄 양이온 등을 들 수 있다. 이러한 양이온의 예로, 1,3-다이메틸이미다졸륨 양이온, 1,3-다이에틸이미다졸륨 양이온, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-데실-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-도데실-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-테트라데실-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1,2-다이메틸-3-프로필이미다졸륨 양이온, 1-에틸-2,3-다이메틸이미다졸륨 양이온, 1-뷰틸-2,3-다이메틸이미다졸륨 양이온, 1-헥실-2,3-다이메틸이미다졸륨 양이온, 1,3-다이메틸-1,4,5,6-테트라하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3-트라이메틸-1,4,5,6-테트라하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3,4-테트라메틸-1,4,5,6-테트라하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3,5-테트라메틸-1,4,5,6-테트라하이드로피리미디늄 양이온, 1,3-다이메틸-1,4-다이하이드로피리미디늄 양이온, 1,3-다이메틸-1,6-다이하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3-트라이메틸-1,4-다이하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3-트라이메틸-1,6-다이하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3,4-테트라메틸-1,4-다이하이드로피리미디늄 양이온, 1,2,3,4-테트라메틸-1,6-다이하이드로피리미디늄 양이온 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

화학식 9로 표시되는 양이온으로는, 예를 들면, 피라졸륨 양이온, 피라졸리늄 양이온 등을 들 수 있다. 이러한 양이온의 예로, 1-메틸피라졸륨 양이온, 3-메틸피라졸륨 양이온, 1-에틸-2-메틸피라졸리늄 양이온 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

양이온으로는, 구체적으로, 트라이메틸헥사데실암모늄 양이온, 1-뷰틸-4-메틸피리디늄 양이온, 트라이에틸메틸암모늄 양이온, 트라이뷰틸에틸암모늄 양이온, 트라이메틸데실암모늄 양이온, 트라이옥틸메틸암모늄 양이온, 트라이펜틸뷰틸암모늄 양이온, 트라이헥실메틸암모늄 양이온, 트라이헥실펜틸암모늄 양이온, 트라이헵틸메틸암모늄 양이온, 트라이헵틸헥실암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄 양이온, 글라이시딜트라이메틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-프로필암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-뷰틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-에틸-N-노닐암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-뷰틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-프로필-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-뷰틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-뷰틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-펜틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N-헥실-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이메틸-N,N-다이헥실암모늄 양이온, 트라이메틸헵틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-프로필암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-메틸-N-헵틸암모늄 양이온, N,N-다이에틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온, 트라이에틸프로필암모늄 양이온, 트라이에틸펜틸암모늄 양이온, 트라이에틸헵틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-메틸-N-에틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N-뷰틸-N-헥실암모늄 양이온, N,N-다이프로필-N,N-다이헥실암모늄 양이온, N,N-다이뷰틸-N-메틸-N-펜틸암모늄 양이온, N,N-다이뷰틸-N-메틸-N-헥실암모늄 양이온, N-메틸-N-에틸-N-프로필-N-펜틸암모늄 양이온 등의 테트라알킬암모늄 양이온, 트라이메틸설포늄 양이온, 트라이에틸설포늄 양이온, 트라이뷰틸설포늄 양이온, 트라이헥실설포늄 양이온, 다이에틸메틸설포늄 양이온, 다이뷰틸에틸설포늄 양이온, 다이메틸데실설포늄 양이온 등의 트라이알킬설포늄 양이온, 테트라메틸포스포늄 양이온, 테트라에틸포스포늄 양이온, 테트라뷰틸포스포늄 양이온, 테트라펜틸포스포늄 양이온, 테트라헥실포스포늄 양이온, 테트라헵틸포스포늄 양이온, 테트라옥틸포스포늄 양이온, 트라이에틸메틸포스포늄 양이온, 트라이뷰틸에틸포스포늄 양이온, 트라이메틸데실포스포늄 양이온 등의 테트라알킬포스포늄 양이온 등을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 1가의 음이온은 플루오르(F) 음이온, 브롬(Br) 음이온, 염소(Cl) 음이온, 요오드(I), ClO₄ 음이온, PF₄ 음이온, PF₆ 음이온, PB₆ 음이온 또는 BF₄ 음이온 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

액정층은 EHDI 특성을 구현할 수 있을 정도의 전도도를 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 1.0 x 10^-4μS/cm이상 이상일 수 있다.

본 명세서에서 액정층의 수평 전도도(σ//)는 액정층의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미할 수 있다.

하나의 구체적인 예로, 상기 네마틱 액정이 막대 모양을 가지는 경우 상기 네마틱 액정의 장축이 액정층의 두께 방향과 평행한 상태에서, 즉 수직 배향 상태에서, 상기 액정층의 두께 방향을 따라 전기장이 형성되도록 전압을 인가하여 상기 전기장 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미한다.

본 명세서에서 액정층의 「수직 전도도(σ⊥)」는 액정층의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미한다.

하나의 구체적인 예로, 상기 네마틱 액정이 막대 모양을 가지는 경우, 상기 네마틱 액정의 장축이 액정층의 두께 방향과 수직한 상태에서, 즉, 수평 배향 상태에서, 상기 액정층의 두께 방향을 따라 전기장이 형성되도록 전압을 인가하여, 상기 전기장 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미한다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 경우 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 상온에서 60 Hz 주파수의 0.5 V 전압의 인가 조건에서 측정된 전도도를 1cm²의 면적 및 1cm의 간격의 액정층을 기준으로 환산한 값을 의미한다.

액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 보다 구체적으로 9.5 x 10^-5 μS/cm 이상, 1.0 x 10^-4 μS/cm 이상, 5.0 x 10^-4 μS/cm 이상, 1.0 x 10^-3μS/cm 이상 또는 1.0 x 10^-2 μS/cm 이상 일 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)가 상기 수치 범위로 조절되는 경우, 액정층에 EHDI 특성을 효과적으로 구현할 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)의 상한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고 예를 들어 1.0 x 10^-2 μS/cm 이하, 1.0 x 10^-3 μS/cm 이하, 9.0 x 10^-4 μS/cm 이하 또는 5.0 x 10^-4 μS/cm 이하일 수 있다. 이러한 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 상기 반응성 메소겐의 종류 및 함량을 조절하는 것 또는 상기 이온성 화합물을 소량 첨가하는 것에 의하여 구현할 수 있다. 또는, 액정층 내에 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 첨가하는 것에 의해서도 조절할 수 있다.

액정 셀에서 액정층의 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)의 비율은 목적하는 액정 셀의 물성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)은 0.2 이상, 0.4 이상, 0.6 이상, 0.8 이상, 1.0 이상, 1.25 이상, 1.5 이상, 1.75 이상, 2.0 이상, 2.25 이상, 2.5 이상, 2.75 이상 또는 3.0 이상일 수 있다. 상기에서 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)에 대한 정의 및 측정 방법은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 상기 전도도 비율은 상온에서 60 Hz 주파수의 0.5 V 전압의 인가 조건에서 측정된 전도도를 1cm²의 면적 및 1cm의 간격의 액정층을 기준으로 환산한 전도도 비율을 의미할 수 있다.

액정층의 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)의 비율을 상기 수치 범위 내로 조절하는 경우, 액정셀은 낮은 구동 전압 및 헤이즈 특성을 나타내면서, 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭하는 액정셀을 구현하는데 유리하다.

액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)의 상한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 2 이하 또는 1.5이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)은 상기 반응성 메소겐의 종류 및 함량을 조절하는 것 또는 상기 이온성 화합물을 소량 첨가하는 것에 의하여 구현할 수 있다. 또는, 액정층 내에 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 첨가하는 것에 의해서도 조절할 수 있다.

상기 액정층은 이방성 염료를 더 포함할 수 있다. 이방성 염료는, 예를 들면, 산란 모드에서의 투과도를 감소시킴으로써, 액정셀의 투과도 가변 특성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서 용어 「염료」는, 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, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.

이방성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이방성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 출원에서는 EHDI를 특성 구현을 위한 첨가제로서 반응성 메소겐을 사용함으로써, 종래 이온성 화합물만을 사용하는 것 대비, 이방성 염료의 첨가 시에 변색이 적어 투과율 가변 특성을 더욱 극대화시킬 수 있다.

상기 이방성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서 이방성 염료는 네마틱 액정 100 중량부 대비 0 내지 3 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 구체적으로, 이방성 염료는 네마틱 액정 100 중량부 대비 0 중량부 초과, 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.8 중량부 이상 또는 1.0 중량부 이상의 비율로, 3 중량부 미만, 2.5 중량부 이하, 2.0 중량부 이하, 1.5 중량부 이하 또는 1.2 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다.

액정셀은 네마틱 액정의 초기 정렬 상태를 조절하고 전압과 같은 외부 작용의 인가 등을 통해 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들면, 네마틱 액정이 정렬된 상태로 존재하는 경우 액정셀은 투명 모드를 나타낼 수 있고, 네마틱 액정이 불규칙하게 배열된 상태로 존재하는 경우 액정셀은 산란 모드를 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 용어 「산란 모드」는 액정셀이 예정된 일정 수준 이상의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미하고, 용어「투명 모드」는 광의 투과가 가능한 상태 또는 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미할 수 있다.

예를 들어, 산란 모드에서 액정셀은, 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. 투명 모드에서 액정셀은, 예를 들어, 헤이즈가 10% 미만, 8% 이하, 6% 이하 또는 5% 이하일 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.

하나의 예시에서, 상기 액정셀의 투명 모드는 헤이즈가 10% 미만인 비헤이즈 모드이고, 상기 액정셀의 산란 모드는 헤이즈가 10% 이상인 헤이즈 모드일 수 있다.

또한, 하나의 예시에서, 상기 액정셀은 외부 작용이 인가되지 않은 상태에서 투명 모드이고, 외부 작용이 인가되는 경우 산란 모드로 스위칭될 수 있다.

또한, 하나의 예시에서, 상기 액정셀은 외부 작용이 인가되지 않은 상태에서, 네마틱 액정은 수직 배향된 상태로 존재할 수 있다.

도 1은 본 출원의 액정셀의 구동을 예시적으로 나타낸다. 도 1은 네마틱 액정의 유전율 이방성이 음수인 경우를 예시적으로 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 초기 상태, 즉 외부 작용이 인가되지 않은 상태에서, 네마틱 액정은 액정층의 평면에 대하여 수직 배향된 상태로 존재할 수 있고, 투명 모드(A)를 구현할 수 있다. 이 경우 네마틱 액정의 초기 배향 상태를 조절하기 위하여 후술하는 수직 배향막이 액정층의 양측에 존재할 수 있다. 이러한 초기 상태에서 외부 작용, 예를 들어, 수직 전계를 인가하는 경우 네마틱 액정은 액정 첨가제인 반응성 메소겐(미도시)에 의해 유발되는 EHDI에 의해 불규칙한 배열 상태를 가지면서 산란 모드(B)로 전환될 수 있다. 상기에서 수직 전계를 제거하는 경우 초기 상태의 투명 모드로 전환될 수 있다. 하나의 예시에서, 투명 모드에서 산란 모드로의 전환은 예를 들어, 약 1 내지 500 Hz, 약 1 내지 100 Hz의 수직 전계를 인가함으로써 수행될 수 있고, 이는, 필요에 따라, 예를 들어, 헤이즈 특성을 고려하여 적절히 변경될 수도 있다. 액정셀은 액정층의 적어도 일면에 기판을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정층의 양측에 대향 배치된 두 개의 기판을 더 포함할 수 있다. 이 경우 엑정셀 (1)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 대향 배치된 두 개의 기판 (201A, 201B) 및 상기 대향 배치된 두 개의 기판 (201A, 201B) 사이에 존재하는 상기 액정층 (101)을 포함할 수 있다.

기판으로는, 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. 기판으로는, 광학적으로 등방성인 기판이나, 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기판 또는 편광판이나 컬러 필터 기판 등을 사용할 수 있다.

플라스틱 기판으로는, 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 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기판에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.

액정셀은 액정층의 적어도 일면에 전극층을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정셀은 액정층의 양측에 대향 배치된 두 개의 전극층을 더 포함할 수 있다. 이 경우 액정셀은 대향 배치된 두 개의 전극층 및 상기 대향 배치된 두 개의 전극층 사이에 존재하는 상기 액정층을 포함할 수 있다. 액정층이 상기 대향 배치된 두 개의 기판 및 대향 배치된 두 개의 전극층을 모두 포함하는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 액정셀 (2)은 전극층 (301A, 301B) 및 기판(201A, 201B)의 순으로 액정층(101)에 더 인접하도록 배치될 수 있다.

전극층은 액정층 내의 네마틱 액정의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 액정층에 수직 또는 수평 전계를 인가할 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, 기판의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.

액정셀은 액정층의 적어도 일면에 배향막을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정셀은 액정층의 양측에 대향 배치된 두 개의 수직 배향막을 더 포함할 수 있다. 이 경우 액정셀은 대향 배치된 두 개의 수직 배향막 및 상기 대향 배치된 두 개의 수직 배향막 사이에 존재하는 상기 액정층을 포함할 수 있다. 액정층이 상기 대향 배치된 두 개의 기판, 상기 대향 배치된 두 개의 전극층 및 대향 배치된 두 개의 수직 배향막을 모두 포함하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정셀 (3)은 수직 배향막 (401A, 401B), 전극층 (301A, 301B) 및 기판(201A, 201B)의 순으로 액정층(101)에 더 인접하도록 배치될 수 있다.

수직 배향막으로는 인접하는 액정층 내의 네마틱 액정에 대하여 수직 배향능을 가지는 배향막이라면 특별한 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 배향막으로는, 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.

본 출원은 또한, 액정셀의 용도에 관한 것이다. 예시적인 액정셀은, 예시적인 액정셀은 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭하며, 특히 산란 모드에서의 헤이즈 특성이 우수하다. 이러한 액정셀은 광변조 장치에 유용하게 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 액정셀이 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.

본 출원은 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있고, 액정에 대한 첨가제의 용해성 및 분산 특성의 차이로 인한 면내 불균일이 감소될 뿐만 아니라, 구동 전압 특성, 헤이즈 특성 및 신뢰성이 우수한 액정셀을 제공할 수 있다. 이러한 액정 셀은, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 투명 디스플레이용 차광판, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다

도 1은 본 출원의 액정셀의 구동 방식을 예시적으로 나타낸다.
도 2 내지 4는 본 출원의 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 실시예 2 및 실시예 6의 전압에 따른 헤이즈 평가 결과이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.

평가예 1. 용해도 특성 평가

(1) 실시예 및 비교예에서 제조된 액정 조성물의 보틀을 상온 방치하여 재결정을 관측하였다. 보틀 벽에 붙은 결정이 육안으로 관찰되는 경우, 액정 조성물의 상온 보관성이 확보되지 않는 것을 의미한다.

(2) 실시예 및 비교예에서 제조된 액정셀을 상온 및 -20℃에서 각각 보관하여 재결정을 관측하였다. 상온에서는 한달 이상 매일 관측하였으며, -20℃에서는 5일 이상 방치 후 관측하였다. 액정셀의 결정이 육안으로 관찰되는 경우 용해도 특성이 확보되지 않는 것을 의미한다.

<용해도 특성 평가 기준>

O: 상기 관측 중 재결정이 육안으로 관찰되지 않음

X: 상기 관측 중 어느 하나라도 재결정이 육안으로 관찰 됨

평가예 2. 전도도 특성 평가

실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀에 대하여, LCR Meter(E4980A, Agilent社)를 이용하여, 측정 주파수가 60 Hz이고, 측정 전압이 0.5인 조건에서 상온 전도도를 측정한 후, 측정된 전도도를 1cm²의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산하였다. 또한, 수평 전도도(σ_//)는 수직 배향된 액정층에 대하여 수직 전압, 즉 액정층의 두께 방향으로 전압을 인가하며 측정하였고, 수직 전도도(σ_⊥)는 수평 배향된 액정층에 대하여 역시 상기 수직 전압을 인가하여 측정하였다.

평가예 3. 헤이즈 및 투과율 평가

실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀에 대하여, 상하 ITO 투명 전극층에 AC 전원(주파수: 60Hz)을 연결하고 수직 전계를 인가하여 구동시키면서, 헤이즈미터, NDH-5000SP를 이용하여, ASTM 방식으로, 전압에 따른 헤이즈 및 투과율을 측정하였다. 즉, 광을 측정 대상을 투과시켜 적분구 내로 입사시키며, 이 과정에서 광은 측정 대상에 의하여 확산광(DT, 확산되어 출광된 모든 광의 합을 의미)과 평행광(PT, 확산광을 배제한 정면 방향의 출광을 의미)으로 분리되는데, 이 광들은 적분구 내에서 수광 소자에 집광되고, 집광되는 광을 통해 상기 헤이즈의 측정이 가능하다. 즉, 상기 과정에 의한 전체 투과광(TT)는 상기 확산광(DT)과 평행광(PT)의 총합(DT+PT)이고, 헤이즈는 상기 전체 투과광에 대한 확산광의 백분율(Haze(%)=100XDT/TT)로 규정될 수 있다. 또한, 하기 시험예에서 전체 투과율은 상기 전체 투과광(TT)을 의미하고, 직진 투과율은 상기 평행광(PT)를 의미한다.

실시예 1

DSM (Dynamic Scattering Mode) 액정 조성물의 제조

10 mL 바이알(vial)에 액정(HNG726200-100, HCCH社, 유전율 이방성: -4.0, 굴절률 이방성: 0.225) 3.6 g 및 첨가제로서 반응성 메소겐 (RM1) (HCM-008, HCCH社) 0.4 g 및 이방성 염료(X12, BASF社), 0.04 g을 첨가한 후 100℃에서 24시간 동안 교반하여 액정 조성물을 제조하였다.

DSM (Dynamic Scattering Mode) 액정셀의 제조

ITO(Indium Tin Oxide) 투명 전극층과 수직 배향막이 순차 형성되어 있는 2장의 PC(polycarbonate) 필름을 상기 수직 배향막이 서로 대향하고, 간격이 약 9 ㎛ 정도가 되도록 이격 배치시킨 후에 상기 이격 배치된 2장의 PC 필름의 사이에 제조된 액정 조성물을 주입하고, 에지(edge)를 실링하여 면적 2.2cmx4.0cm 및 간격 9㎛인 액정 셀을 제작하였다. 상기에서 수직 배향막으로는 수직 배향 조성물(Nissan 5661)을 ITO 투명 전극층 상에 코팅하고 100℃ 이상의 온도에서 5분 이상 소성을 진행시킨 것을 사용하였다.

실시예 2 내지 5

액정 첨가제의 종류 및 함량을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 액정셀을 제조하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
액정	HNG726200-100, HCCH社, 100 wt%
첨가제 종류	HCM-008 RM1	HCM-009 RM2	HCM-020 RM3	HCM-021 RM4	HCM-064 RM5
첨가제 함량	10 wt%	10 wt%	10 wt%	10 wt%	10 wt%
염료	X12, BASF社 1 wt%
RM1: RM2: RM3: RM4: RM5:

비교예 1 내지 5

액정 첨가제의 종류 및 함량을 하기 표 2과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 액정셀을 제조하였다.

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
액정	HNG726200-100, HCCH社, 100 wt%
첨가제 종류	CTAB	CTAC	TPP+I₂	CTC	HQBQ
첨가제 함량	1 wt%	1 wt%	2 wt%	1 wt%	0.7 wt%
염료	X12, BASF社 1 중량%
[CTAB: Cetyltrimethyl ammonium bromide] [CTAC: Cetyltrimethyl ammonium chloride] [TPP: Triphenyl-phosphane + I₂: Iodide ] (Triphenyl-phosphane) ( Iodide) [CTC: Charge transfer complex] 및 [HQBQ: Hydroquinone Benzoquinone] (Hydroquinone) ( Benzoquinone)

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에 대하여, 용해도 특성, 전도도 특성, 헤이즈 특성 및 투과도 가변 특성을 평가 후 그 결과를 하기 도 3 내지 도 4에 기재하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
용해도 특성	O	O	O	O (-20℃)*	O
실측 σ// [S]	4.66 E-06	3.1 E-06	6.4 E-06	4.8 E-06	3.2 E-06
환산 σ// [μS/cm	4.77 E-04	3.17 E-04	6.55 E-04	4.91 E-04	3.27 E-04
실측 σ⊥ [S]	1.45 E-06	1.3 E-06	3.6 E-06	2.4 E-06	2.1 E-06
환산 σ⊥ [μS/cm	1.48 E-04	1.33 E-04	3.68 E-04	2.45 E-04	2.15 E-04
Haze (30V) (%)	41.7	41.7	92.8	88.6	87.2
Haze (40V) (%)	88.0	88.0	94.7	94.0	91.6
Haze (60V) (%)	95.7	95.7	96.0	95.9	94.41
△T (0V-40V) (%)	39.1	39.5	32.5	40.8	39.3
△T (0V-60V) (%)	42.8	44.3	38.4	43.5	42.6
Haze (“X”V): “X”V에서의 헤이즈 값 △T (0V-“X”V): 0V에서의 투과율에서 X”V에서의 투과율을 뺀 값 *실시예 4는 -20℃에서도 우수한 용해도 특성을 가짐

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
용해도 특성	X	X	X*	X	X
실측 σ_// [S]	9.7 E-06	4.5 E-06	2.7 E-06	2.5 E-05	2.1 E-06
환산 σ_// [μS/cm]	9.92 E-04	4.60 E-04	2.76 E-04	2.56 E-04	2.15 E-04
실측 σ_⊥ [S]	8.1 E-06	3.7 E-06	2.2 E-06	2.2 E-05	1.7 E-06
환산 σ_⊥ [μS/cm]	8.28 E-04	3.78 E-04	2.25 E-04	2.25 E-04	1.74 E-04
Haze (30V) (%)	81.3	66.4	68.3	92.6	27.1
Haze (40V) (%)	84.8	72.0	81.9	94.9	52.2
Haze (60V) (%)	88.6	68.1	93.2	95.9	63.0
△T (0V-40V) (%)	37.2	36.8	33.0	33.9	33.6
△T (0V-60V) (%)	39.6	39.3	35.2	38.3	35.5
Haze (“X”V): “X”V에서의 헤이즈 값 △T (0V-“X”V): 0V에서의 투과율에서 X”V에서의 투과율을 뺀 값 * 비교예 3은 착화합물을 형성하며 결정 생성

실시예 6

액정 첨가제의 종류 및 함량을 하기 표 5와 같이 조절하고, 녹지 않은 이온성 첨가제, CTAC를 제거하기 위하여, 0.1 um 사이즈의 필터를 사용하여 필터 과정을 추가로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시예 6의 액정셀을 제조하였다.

또한, 실시예 6에 대하여 용해도 특성, 전도도 특성, 헤이즈 특성 및 투과도 가변 특성을 평가 후 그 결과를 하기 표 5와 같이 실시예 2와 비교하여 기재하였다. 또한, 실시예 2 및 6에 대하여 전압에 따른 헤이즈를 평가하여 그 결과를 도 5에 나타냈다.

	실시예 2	실시예 6
액정	HNG726200-100
염료	X12, BASF社 1 중량%
RM 첨가제	HCM-009 RM2	HCM-020 RM3
첨가제 함량	10 중량%	10 중량%
이온성 첨가제	X	CTAC 1 중량% 적용 후 필터
용해도 특성	O	O
실측 σ// [S]	3.1 E-06	1.7 E-05
환산 σ// [μS/cm]	3.17 E-04	1.74 E-03
실측 σ⊥ [S]	1.3 E-06	9.8 E-06
환산 σ⊥ [μS/cm]	1.33 E-04	1.00 E-03
Haze (30V) (%)	41.7	92.8
Haze (40V) (%)	88.0	95.4
Haze (60V) (%)	95.7	96.2
△T (0V-40V) (%)	39.5	37.2
△T (0V-60V) (%)	44.3	39.9

101: 액정층
102: 네마틱 액정
201A, 201B: 기판
301A, 301B: 전극층
401A, 401B: 수직 배향막

Claims

외부 에너지 인가에 의해 투명 모드와 산란 모드의 사이를 스위칭하며, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 네마틱 액정 및 반응성 메소겐을 포함하는 액정층을 가지는 액정셀:
[화학식 1]

화학식 1에서,
L₁은 단일 결합 또는 -COO-이고,
R₁은 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐기이며,
R₂는 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환 또는 비치환된 사이클로헥실기 또는 할로젠으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이고,
A₁ 내지 A₄는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 또는 시아노기이고,
a는 0 내지 3의 정수이고, b는 1 내지 3의 정수이며, a 및 b의 합은 2 이상이다.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 네마틱 액정은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정셀(상기에서 유전율 이방성(△ε)은 네마틱 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε_ㅗ)의 차이(ε// - ε_ㅗ)를 의미한다.).
제 1 항에 있어서,
상기 반응성 메소겐은 하기 화학식2 내지 5로 표시되는 화합물인 액정셀:
[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

화학식 2 내지 5에서,
P₁ 내지 P₆은 서로 독립적으로 (메트) 아크릴레이트기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기, 에폭시기 또는 니트로기이고,
X₁ 내지 X₅는 서로 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며,
L₂ 내지 L₇은 서로 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌기, -O- 또는 -COO-이고,
A₅내지 A₈은 서로 독립적으로 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 2의 알콕시기이며,
Y₁ 내지 Y₂는 서로 독립적으로 수소, 할로젠, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 시아노기, 할로젠 및 알케닐기로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이다.
제 4 항에 있어서,
P₁ 내지 P₆은 각각 (메트) 아크릴레이트기이고, X₁ 내지 X₅ 는 각각 탄소수 1 내지 10의 비치환 알콕실렌기이며, L₂ 내지 L₇는 각각 -COO-이고, A₅내지 A₈은 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며, Y₁ 내지 Y₂ _는 각각시아노기 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕시기인 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 반응성 메소겐은 네마틱 액정100 중량부 대비 0.1 내지 30 중량부의 비율로 포함되는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 반응성 메소겐은 네마틱 액정100 중량부 대비 0.1 내지 15 중량부의 비율로 포함되며, 이온성 화합물을 네마틱 액정 100 중량부 대비 0.01 내지5 중량부의 비율로 더 포함하는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 액정층의 수평 전도도(σ_//) 또는 수직 전도도(σ_⊥)는 1.0 x 10^-4μS/cm이상인 액정셀 (상기 전도도는 상온에서 60 Hz 주파수의 0.5 V 전압의 인가 조건에서 측정된 전도도를 1cm²의 면적 및 1cm의 간격의 액정층을 기준으로 환산한 전도도 값을 의미한다).
제 1 항에 있어서,
상기 액정층은 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ_//)의 비율(σ_//÷σ_⊥)이 1.5 이상인 액정셀 (상기 전도도는 상온에서 60 Hz 주파수의 0.5 V 전압의 인가 조건에서 측정된 전도도를 1cm²의 면적 및 1cm의 간격의 액정층을 기준으로 환산한 전도도 값을 의미한다).
제 1 항에 있어서,
상기 액정층은 상온에서 재결정을 형성하지 않는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 액정층은 이방성 염료를 네마틱 액정 100 중량부 대비 3 중량부 미만의 비율로 더 포함하는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 투명 모드는 헤이즈가 10% 미만인 비헤이즈 모드이고, 상기 산란 모드는 헤이즈가 10% 이상인 헤이즈 모드인 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 액정셀은 외부 작용이 인가되지 않은 상태에서 투명 모드이고, 외부 작용이 인가되는 경우 산란 모드로 스위칭할 수 있도록 형성된 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 네마틱 액정은 외부 작용이 인가되지 않은 상태에서 수직 배향된 상태로 존재하는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 액정층의 적어도 일면에 기판을 더 포함하는 액정셀.
제 1 항에 있어서,
상기 액정층의 적어도 일면에 전극층을 더 포함하는 액정셀.
제 1 항의 액정셀을 포함하는 광 변조 장치.
제 1 항의 액정셀을 포함하는 스마트 윈도우.