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광학 성분의 제조를 위한 중합성 액정 물질의 사용(UTILIZATION OF POLYMERIZABLE LIQUID CRYSTAL SUBSTANCESFOR THE PRODUCTION OF OPTICAL COMPONENTS)

좌절하지말자 2018. 3. 3. 22:46

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.
C09K 19/04 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2006년07월28일
10-0604730
2006년07월19일
(21) 출원번호 10-2001-7007851 (65) 공개번호 10-2001-0093204
(22) 출원일자 2001년06월21일 (43) 공개일자 2001년10월27일
번역문 제출일자 2001년06월21일
(86) 국제출원번호 PCT/EP1999/010294 (87) 국제공개번호 WO 2000/37585
국제출원일자 1999년12월22일 국제공개일자 2000년06월29일
(81) 지정국 국내특허 : 스위스, 독일, 영국, 일본, 대한민국, 미국,
EP 유럽특허 : 오스트리아, 벨기에, 스위스, 독일, 덴마크, 스페인, 프랑스, 영국, 그리스, 아일
랜드, 이탈리아, 룩셈부르크, 모나코, 네덜란드, 포르투칼, 스웨덴, 핀란드, 사이프러스,
(30) 우선권주장 19859584.0 1998년12월22일 독일(DE)
(73) 특허권자 바스프 악티엔게젤샤프트
독일 데-67056 루드빅샤펜
(72) 발명자 마이어프랑크
독일데-69115하이델베르그반호프스트라쎄9-13
슈나이더노르베르트
독일데-67122알트립마덴부르그스트라쎄5에프
슈마처페터
독일데-68163만하임발드파크담6
(74) 대리인 신정건
강승옥
심사관 : 조성신
(54) 광학 성분의 제조를 위한 중합성 액정 물질의 사용
요약
본 발명은 색 선택적 반사 및 편광 선택적 반사를 가진 광학 부재의 제조를 위한 중합성 액정 화합물의 용도 및 단량체 또
는 중합화된 형태의 이들 화합물을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.
대표도
도 1
등록특허 10-0604730
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명세서
기술분야
본 발명은 색 선택적 반사 및 편광 선택적 반사를 가진 광학 부재를 제조하기 위한 특정 중합성 액정 화합물, 및 단량체 또
는 중합체 형태의 이들 화합물을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 색 선택적 반사 및 편광 선택적 반사
를 가진 광학 부재를 제조하기 위한 하나 이상의 이들 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 액정 조
성물의 용도에 관한 것이다.
배경기술
가온시 다수의 화합물들은 제한된 짧고 긴 분자열로 이루어진 결정 상태로부터 액체의 무질서한 상태로 직접 전환되지 않
는다. 그 대신, 분자들은 이동성이지만 분자의 축은 정렬된 구조를 형성하는 액정상을 통과하게 된다. 신장된 분자들은 종
종 분자의 장축의 평행적 배열을 통한 긴 정렬을 특징으로 하는 네마틱 액정상을 형성한다. 이러한 형태의 네마틱상이 키
랄 화합물을 포함하는 경우, 분자의 장축의 나선형 슈퍼구조를 특징으로 하는 소위 콜레스테릭상이 형성된다. 본원 발명에
서 키랄 화합물은 액정 화합물 자체일 수 있거나, 키랄 도핑제(dopant)로서 네마틱 액정상에 첨가될 수 있다.
액정 물질은 이들의 비등방성 정렬 상태에 기인한 주목할 정도의 광학 특성을 가진다. 그러나, 액정의 정렬된 상태는 제한
된 온도 범위에서만 나타난다. 액정상이 나타나는 온도 범위는 목적하는 사용 온도 이상인 경우가 많고, 단지 좁은 온도 범
위에 걸쳐있다.
고체 상태에서도 물질의 특성에 대해 목적하는 정렬 구조를 획득하고 고정시키는 다양한 방법들이 있다. 액정 상태로부터
냉각되는 동안의 유리와 유사한 고체화 이외에, 중합체 네트워크내로의 공중합화 또는, 액정 화합물이 중합성 기를 함유하
는 경우에 액정 화합물 자체의 중합화 가능성이 있다.
콜레스테릭 액정상은, 콜레스테릭 상을 가진 혼합물 또는 콜레스테릭 액정을 색 필터 및 편광기로서 사용하기에 적합하게
하는 주목할 만한 특성을 가진다.
콜레스테릭 액정상은 적합한 정렬 방법에 의해 뒤틀린 구조로 전환될 수 있다. 회전의 방향은 사용된 키랄 성분에 따라 좌
선성 또는 우선성일 수 있다. 이러한 액정 분자의 뒤틀린 배열에 의해 콜레스테릭 액정의 알려진 선택적 반사가 나타난다
(H. Kelker, R. Matz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim, 1980, Chapter 7, pp. 293 ff. 참조):
회전의 방향과 파장이 액정의 정점(頂點)에 상응하는 원형-편광 광은 완전히 반사된다. 상반된 회전 방향 또는 다른 파장
을 가진 원형-편광 광은 비장해된 콜레스테릭 액정을 통과할 수 있다.
따라서, 모든 파장 및 편광 상태를 포함하는 백색 비편광 광에 있어서, 단지 하나의 좁은 원형-편광 밴드가 반사된다. 그러
므로, 콜레스테릭 액정은 파장-선택적 반사제 또는 편광기로서 사용될 수 있다. 특히, 콜레스테릭 액정내의 키랄기의 비율
과 유형의 적절한 선택에 의해 웰에 인접한 자외부로부터 적외부 파장 영역내로의 반사 파장을 얻을 수 있는 것은 콜레스
테릭 액정의 매우 큰 이점이다.
색 필터 및 편광기를 제조하기 위한 콜레스테릭 액정의 사용은 예를 들어 미국 특허 3,679,290호 및 문헌[R. Maurer, D.
Andrejewski, F.-H. Kreuzer, A. Miller]에 개시되어 있고, 콜레스테릭 LC-실리콘(Silicone)으로 제조된 편광 색 필터는
문헌[SID Digest 1990, pp. 110-113] 및 문헌[M. L. Tsai, S.H. Chen, S.D. Jacobs]에 개시되어 있으며, 감열호변 액정
중합체를 사용한 광학 노치 필터는 문헌[Appl. Phys. Lett. 1989, 24(54), pp. 2395-2397] 및 EP 0 685 749 B1에 기재
되어 있다.
또한, 하기의 명세서는 광학 부재를 제조하기 위한 콜레스테릭 액정의 사용에 대하여 기재하고 있다 : JP 10197722 A,
WO 98/43225, EP 0 859 969, US 5,793,456, GB 2,324,382, US 5,825,444, EP 0 720 041, EP 0 634 674, GB
2,321,529, US 5,762,823, US 3,679,290, US 5,751,384, GB 2,315,072.
발명의 상세한 설명
광학 성분을 제조하기 위해서는, 적합한 방법을 사용하여 콜레스테릭 상을 가진 혼합물 또는 콜레스테릭 액정을 배열하고,
배열이 일어난 후에 이들을 고정해야 한다. 액정의 배열은 일반적으로 두 장의 유리 플레이트 사이에 있는 콜레스테릭 필
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름의 기계적 전단에 의해 콜레스테릭 상 영역에서 높은 온도하에 수행된다. 이들 유리 플레이트는 결점이 없는 배열을 만
들기 위해 배열층에 추가되는 경우가 많다. 이들 배열층들은 일반적으로 연마된 폴리이미드층 또는 폴리비닐 알코올로 이
루어지거나, 또는 양호한 배열을 위해 전기 또는 자기장이 추가로 인가된다. 배열 속도에 영향을 주는 중요한 인자는 사용
된 콜레스테릭 물질의 점도이다. 콜레스테릭 상은 신속한 가교 반응, 예를 들어 광중합화에 의해 콜레스테릭 상을 가진 단
량체 혼합물을 냉동시킴으로써 고정될 수 있다. 별법으로, 콜레스테릭 물질의 중합체는 유리상으로의 과냉각에 의해 보존
될 수 있다. 광학 부재중에 콜레스테릭 액정을 사용하기 위해서는, 적합한 물질들이, 결점이 없는 콜레스테릭 필름이 얻어
질 수 있는 방식으로 자동화될 수 있고 다양한 분야에서 사용될 수 있는 공정중에 배열되어야 한다. 통상 얻어진 멀티도메
인(multidomain)은 필름의 광학적 질에 악영향을 주며, 광학 부재에 요구되는 고도의 필요조건, 예를 들어 완전한 우선성
또는 좌선성 원형-편광 광을 위한 고도의 반사성을 더 이상 만족시킬 수 없음을 의미한다. 게다가, 열 및 광 안정성의 측면
에서 광학 성분에는 고도의 필요조건이 요구된다. 그러므로, 간단히 말해, 디스플레이 제조중에 편광기, 노치 필터, 색 필
터 및 보충 필름과 같은 광학 성분이 노출되는 200℃ 이하의 온도는 성분의 광학적 질에 영향을 주지 않아야 한다. 이 점에
서, 선행 기술의 공지된 광학 부재들은 여전히 완전히 만족할 정도의 특성을 가지고 있지 않다.
따라서, 광학 부재의 제조에 있어서의 목적은, 가능한한 최저 온도에서 손쉽게 배열되어야 한다는 것 이외에, 우수한 광학
특성과 함께 처리 공정에서 중합화된 필름의 높은 안정성을 보장하는 물질을 찾는 것이다. 특히, 물질은 향상된 온도 안정
성을 가진 광학 부재를 제조할 수 있도록 제공되어야 한다.
우리들은 색 선택적 반사 및/또는 편광 선택적 반사를 가진 광학 부재의 제조에 있어서 화학식 (I)의 중합성 액정 화합물을
사용함으로써 놀랍게도 이들 목적이 달성된다는 사실을 알게 되었다.
화학식 I
Z1-Y1-A1-Y3-M-Y4-A2-Y2-Z 2
Z1 및 Z2는 각각 반응성이고 중합성인 기를 포함하는 라디칼이고;
Y1-Y4는 각각 단일 화학 결합, -O-, -S-, -O-CO-, -CO-O-, -O-CO-O-, -CO-NR-, -NR-C0-, -O-CO-NR-, -
NR-CO-O- 또는 -NR-CO-NR이고, 여기서 Y3 및 Y4기의 하나 이상은 -O-CO-O-, -O-CO-NR-, -NR-CO-O- 또는
-NR-CO-NR-이며, R은 C1-C4-알킬이고;
A1 및 A2는 각각 탄소수 2 내지 30개의 스페이서(spacer)로서, 여기에서 탄소쇄는 에테르 산소, 티오에테르 황 또는 인접
하지 않은 이미노 또는 C1-C4-알킬이미노기에 의해 차단될 수 있으며;
M은 메소제닉기(mesogenic group)이다.
본원에 사용된 "중합화(중합반응)"라는 용어는 모든 중합체 합성 반응, 즉 연쇄 반응으로서 첨가 중합반응, 단계적 반응으
로서 첨가 중합반응 및 축합 중합반응을 의미한다.
바람직한 라디칼 Z1 및 Z2는 하기와 같다.
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여기서, 라디칼 R은 C1-C4-알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, n- 또는 i-프로필 또는 n-, i- 또는 t-부틸이며, 동일하거나 상이
할 수 있다,
반응성인 중합성기 가운데, 시아네이트는 자발적으로 삼량체화되어 시아누레이트를 형성하므로, 바람직한 것으로서 언급
된다. 에폭사이드, 티이란, 아지리딘, 이소시아네이트 및 이소티오시아네이트기를 함유하는 화합물은 중합화를 위한 보충
적 반응성 기를 함유하는 화합물을 추가로 필요로 한다. 따라서, 예를 들면 이소시아네이트는 알코올과 중합화하여 우레탄
을 형성할 수 있고, 아민과 중합화하여 우레아 유도체를 형성할 수 있다. 유사한 상황은 티이란 및 아지리딘에 적용된다.
이 보충적 반응기는 제1 화합물과 혼합되는 본 발명에 따른 제2 화합물 중에 존재하거나, 또는 2 이상의 이들 보충적 기를
함유하는 보조 화합물에 의해 중합반응 혼합물에 도입될 수 있다. 이들 화합물 각각이 2 이상의 이들 반응기를 함유하는
경우, 열가소성이 우수한 선형 중합체가 형성된다. 2 이상의 반응성 기를 함유하는 경우에, 특히 높은 기계적 안정성을 가
진 가교된 중합체가 형성된다. 말레이미도기는 스티렌과 같은 올레핀 화합물과의 자유-라디칼 공중합화에 특히 적합하다.
바람직한 중합화 기인 Z1 및 Z2는 자유 라디칼 중합반응을 할 수 있는 것으로서, 특히 올레핀계 불포화기이며, 이들 가운데
기가 Y1 및 Y2와 함께 특히 중요하다.
본 발명에 따른 화합물에 존재하는 Z1, Z2, A1, A2, M 및 X는 가교 단위 Y1-Y4, 예를 들어 -O-, -S-, -CO-O-, -O-CO-,
-O-CO-O-, -CO-NR-, -NR-CO-, -O-CO-NR-, -NR-CO-O-, -NR-CO-NR-에 의해, 또 다르게는 직접 결합에 의
해 상호 결합될 수 있으며, 메소제닉기에 대한 스페이서 A1 또는 A2의 하나 이상의 결합이 카보네이트기(-OCOO-), 카바
메이트기(-O-CO-NR- 또는 -NR-CO-O-) 또는 우레아기(-NR-CO-NR-)에 의해 일어나는 것이 바람직하다. 이들 기
중 하나를 함유하는 키랄 중합성 화합물은 특히 낮은 상전이 온도와 광범위한 상범위를 가지므로, 실온에서 적용하기에 특
히 유리하다. 이는 특히 카보네이트기에 적용된다.
적합한 스페이서 A1 및 A2는 이 목적에 대하여 공지된 모든 기일 수 있다. 스페이서는 통상적으로 선형 지방족기를 주성분
으로 하며, 2 내지 30개의 탄소원자, 바람직하게는 3 내지 12개의 탄소원자를 포함한다. 이들은 쇄에서 예를 들어 인접하
지 아니한 산소 또는 황 원자 또는 이미노 또는 알킬이미노기, 예를 들어 메틸이미노기에 의해 차단될 수 있다. 또한, 스페
이서 쇄에 대한 적합한 치환체는 불소, 염소, 브롬, 시아노, 메틸 및 에틸이다.
대표적인 스페이서의 예는 하기와 같다:
-(CH2)p-, -(CH2CH2O)mCH2CH2-, -CH2CH2SCH2CH2-, -CH2CH2NHCH2 CH2-,
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여기서, m은 1 내지 3이고, p는 1 내지 12이다.
라디칼 M은 임의의 공지된 메소제닉기일 수 있다. 특히 적합한 것은 하기 화학식 Ia의 기이다.
화학식 Ia
-(-T-Y5-)r-T-
여기서, 가변부는 하기의 의미를 가진다 :
T는 2가의 포화되거나 비포화된 이소- 또는 헤테로시클릭 라디칼이고,
Y5는 Y1-Y4; -CH2-O-; -O-CH2-; -CH=N-, -N=CH- 또는 -N=N-에 대하여 정의된 바와 같은 가교 단위이며,
r은 0, 1, 2 또는 3이다.
여기서, 라디칼 T 및 Y5는 r > 0인 경우에 동일하거나 다를 수 있다.
r은 바람직하게는 1 또는 2이다.
라디칼 T는 불소, 염소, 브롬, 시아노, 히드록실 또는 니트로에 의해 치환된 고리계일 수 있다. 바람직한 라디칼 T는 하기
와 같다.
바람직한 메소제닉기인 M은 예를 들어 하기와 같다.
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특히 바람직한 메소제닉기 M은 하기 식으로 표시된다.
여기서, 각각의 고리는 하기의 기로부터의 동일하거나 다른 3개 이하의 치환체를 보유할 수 있다.
C1-C20-알킬, C1-C20-알콕시, C1-C20-알콕시카르보닐, C1-C20-모노-알킬아미노카르보닐, C1-C20-알킬카르보닐,
C1-C20-알킬카르보닐옥시, C 1-C20-알킬카르보닐아미노, 포르밀, 할로겐, 시아노, 히드록실 또는 니트로.
방향족 고리에 대한 바람직한 치환체는 불소, 염소, 브롬, 시아노, 포르밀 및 히드록실을 제외하고, 특히 메틸, 에틸, n-프
로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, t-부틸 및 알콕시와 같은 단쇄 지방족 라디칼, 알콕시카르보닐, 알킬카르보닐, 알킬
카르보닐옥시, 알킬카르보닐아미노 및 이들 알킬 기를 포함하는 모노알킬아미노카르보닐 라디칼이다.
특히 바람직한 기 M의 외부 벤젠 고리가 하기의 치환 패턴을 가지는 것이 바람직하고,
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또는 이들이 Cl 대신에 F, Br, CH3, OCH3, CHO, COCH3, OCOCH3 또는 CN으로 유사하게 치환되며, 여기서 치환체는 또
한 혼합된 형태로 존재할 수 있다. 하기 구조들이 또한 언급될 수 있다 :
여기서, s는 2 내지 20이고, 바람직하게는 8 내지 15이다.
특히 바람직한 기 M에서 중심 벤젠 고리의 바람직한 치환 패턴은 하기와 같다.
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본 발명에 따른 바람직한 화합물 I은 또한 라디칼 쌍 Z1 및 Z2, Y1 및 Y 2, Y3 및 Y4, 및 A1 및 A2가 각각의 경우에 있어서
동일한 것들이다.
특히 바람직한 것은 하기 화학식의 메소제닉기 M이다 :
본 발명에 따른 바람직한 화합물 I의 혼합물이 또한 제조될 수 있다. 이러한 혼합물은 통상 순수한 혼합물 성분에 비해 낮
은 점도를 가지며, 일반적으로 낮은 액정 상 온도를 가져서, 경우에 따라서는 실온에서 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 화합물의 혼합물에서, 기로서 예를 들어 하기 화학식의 임의적으로 고리-치환된 "삼환(tricyclic)" 메소제
닉기 M뿐 아니라,
(여기서, 화학식 Ia에 있어서
Y5는 이고,
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T는 3개의 동일한 치환 및/또는 비치환 라디칼이며,
r은 2임)
하기 화학식들로 예시되는 "이환(bicyclic)"기 M도 가능하다.
(여기서, 화학식 Ia에 있어서
Y5는 단일 화학 결합이고,
T는 다른 (불포화 이소사이클릭) 라디칼 및 (포화 헤테로사이클릭)이고,
r은 1임), 또는
(여기서, 화학식 Ia에 있어서
Y5는 단일 화학 결합이고,
T는 다른 (불포화 이소사이클릭) 라디칼 및 (불포화 헤테로사이클릭)이고,
r은 1임)
특히 바람직한 "바이사이클릭" 메소제닉기 M은 하기 부분이며,
이들은 상기 언급한 바와 같이 방향족 고리 상에서 추가로 치환될 수 있다.
M이 하기와 같은 화학식 I의 네마틱 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
Z1 및 Z2는 H2C=CH-이고,
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A1, A2 및 Y1 내지 Y4는 전술한 바와 같다.
이러한 화합물에 대한 비제한적인 예는 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다.
화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 조성물은 하나 이상의 키랄 화합물을 또한 추가로 포함할 수 있다. 그 결
과, 특히 관심이 가는 광학 특성을 가지는, 예를 들어 보는 각도에 따라 다른 파장의 광을 반사하는 콜레스테릭 액정 상이
형성된다. 이러한 유형의 액정 조성물은 광학 부재에서 사용하기에 특히 적합하다.
특히 적합한 키랄 성분은 일차적으로 고도의 뒤틀림력을 가지며, 이차적으로는 액정 상 구조에 악영향을 주지 않으면서 액
정 화합물들과 쉽게 혼화되는 것이다.
바람직한 키랄 화합물은 예를 들어 하기 화학식 Ib, Ic, Id 및 Ie의 화합물이다.
화학식 Ib
(Z1-Y5)nX
화학식 Ic
(Z1-Y1-A1-Y5)nX
화학식 Id
(P1-Y5)nX
화학식 Ie
(Z1-Y1-A1-Y3-M-Y4)nX
여기서, 가변부인 A1, Z1, Y1, Y3, Y4, Y5 및 M은 화학식 I에 대하여 전술한 바와 같고, P1은 수소, 비치환되거나 또는 1 내
지 3개의 C1-C6-알킬에 의해 치환된 C1-C30-알킬, C1-C30-아실, C3-C8-시클로알킬에서 선택된 라디칼이며(여기서, 알
킬, 아실 및 시클로알킬 라디칼의 탄소 쇄는 에테르 산소, 티오에테르 황 또는 인접하지 않은 이미노 또는 C1-C4-알킬이미
노기에 의해 차단될 수 있음), n은 1 내지 6의 수이고, X는 n-가 키랄 라디칼이다.
라디칼 X는 예를 들어 다음과 같다.
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여기서, L은 C1- 내지 C4-알킬, C1-C4-알콕시, 할로겐, COOR, OCOR, CONHR 또는 NHCOR이고, R은 C1-C4-알킬이
다.
(상기 화학식의 말단 대쉬(-)는 자유 원자가를 의미한다)
특히 바람직한 것은 하기의 것들이다.
이들 및 다른 바람직한 키랄 성분은 예를 들어 DE-A 43 42 280에 개시되어 있고, 선행 독일 특허 출원 19520660.6 및
19520704.1에 개시되어 있다.
추가의 바람직하게 사용되는 기는 화학식 Ic 또는 Ie의 키랄 화합물을 포함한다
(여기서,
n은 2이고,
Z1은 H2C=CH-이며,
X는 하기 화학식의 키랄 라디칼이고,
A1, Y1, Y3, Y4, Y5 및 M은 상기 정의한 바와 같다)
특히 바람직한 키랄 성분은 하기 화합물 (A) 내지 (G)이다.
화학식 A
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화학식 B
화학식 C
화학식 D
화학식 E
화학식 F
화학식 G
전술한 비키랄 화합물이 상기 키랄 화합물과 함께 사용되는 경우에, 화학식 I의 비키랄 화합물과 화학식 Ib, Ic, Id 또는 Ie
의 키랄 화합물의 몰비는 약 1:0.01 내지 1:0.3, 특히 1:0.01 내지 1:0.25이다.
본 발명에 따른 액정 조성물 또는 화합물의 중합화는 액정의 정렬된 상태가 고정되도록 한다. 중합화는 중합성 기에 따라
예를 들어 열적으로 또는 광화학적으로 수행될 수 있다. 또한, 다른 단량체가 본 발명에 따른 액정 조성물 또는 화합물과
함께 공중합될 수 있다. 이들 단량체는 기타 공중합성 액정 화합물, 역시 바람직하게는 공유적으로 공중합되는 키랄 화합
물, 또는 다가 아크릴레이트, 비닐 화합물 또는 에폭시드와 같은 통상의 가교제일 수 있다. 특히 중합성 액정 화합물이 이
소시아네이트, 이소티오시아네이트 또는 에폭시드인 경우에는, 가교제가 다가 알콜인 것이 바람직한데, 이는 예를 들어 우
레탄이 형성될 수 있음을 의미한다. 가교제는, 일차적으로 만족할 만한 기계적 안정성을 얻을 수 있지만, 이차적으로는 액
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정상 거동을 손상시키지 않는 양으로 중합화 조건과 결합되어야 한다. 따라서, 가교제의 양은 중합체의 특정 용도에 따라
좌우된다. 안료의 제조에 있어서는, 비교적 다량의 가교제가 유리한 반면, 열가소성층, 예를 들어 디스플레이 배열층의 제
조에 있어서는, 비교적 소량의 가교제가 필요하다. 가교제의 양은 수회의 예비 실험에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 액정 조성물 또는 화합물로부터 제조된 중합화 생성물에 대한 추가의 개질은 중합화 보조제를 첨가한 후 중합반
응시킴으로써 가능하다. 이러한 유형의 보조제는 출발 혼합물, 대안적으로는 출발 혼합물과 상용성인 유기 용매 중에 가용
성인 것이 바람직하다. 이 유형의 대표적인 중합화 보조제는 예를 들어 폴리에스테르, 셀룰로오스 에스테르, 폴리우레탄,
및 폴리에테르로 개질되거나 폴리에스테르로 개질된 또는 비개질된 실리콘이다. 소기의 목적을 위해 첨가될 중합화 보조
제의 양(적절한 경우), 이의 화학적 특성 및 가능하게는 용매의 양과 특성은 일반적으로 당업자에게 알려져 있거나, 역시
수회의 예비 실험에 의해 실험실적으로 결정될 수 있다.
화학식 I 및 Ib 내지 Ie의 화합물 이외에, 중합체 네트워크중에 비공유적으로 혼입되는 추가의 화합물이 혼합될 수 있다. 이
들은 예를 들어 시판되는 네마틱 액정일 수 있다.
추가의 첨가제는 또한 안료, 염료 및 충전제일 수 있다.
안료는 무기 화합물, 예를 들어 산화철, 산화티타늄 및 카본 블랙일 수 있고, 유기 화합물은 예를 들어 모노아조 안료, 모노
아조 염료 및 이의 금속염, 디스아조 안료, 농축 다스아조 안료, 이소인돌린 유도체, 나프탈렌- 또는 페릴렌테트라카르복
실산의 유도체, 안트라퀴논 안료, 티오인디고 유도체, 아조메틴 유도체, 퀴나크리돈, 디옥사진, 피라졸로퀴나졸론, 프탈로
시아닌 안료 또는 염기 안료, 예를 들어 트리아릴메탄 안료 및 이의 염 부류로부터의 안료 또는 염료일 수 있다.
본 발명의 목적을 위하여, "광학 부재"라는 용어는 네마틱 및/또는 콜레스테릭 액정의 광학 특성을 이용하는 모든 물품을
의미한다. 구체적으로, 이들은 예시적으로 지연 필름(retardation film), 노치 필터, 디스플레이용 색 필터, 편광기뿐 아니
라, 장식용 단순 거울일 수 있다. 광학 부재의 이러한 3차원적 형상은 평평하거나, 오목하거나 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
특정 구체예로서, 중합화 필름을 분쇄하여 안료를 제조할 수 있고, 통상의 결합제내로 혼입시킨 후, 통상의 도포 기법, 예
를 들어 스프레이법, 압연법, 주조법, 분무법, 나이프 코팅법 또는 프린팅법으로 지지체에 도포할 수 있다. 광학 부재의 바
람직한 구체예는 평평한 형상을 가진 것이다.
광학 부재의 질에 있어서의 중요한 인자는 화학식 I의 화합물 또는 화학식 I의 화합물을 포함하는 혼합물의 도포인데, 그
이유는 도포 방법에 의해 층의 광학적 질이 결정되기 때문이다.
적합한 도포 방법은 일반적으로 스프레이법, 압연법, 주조법, 나이프 코팅법 및 프린팅법이다.
바람직한 구체예는 임의의 필요한 첨가제와 함께 휘발되기 쉬운 용매 중에 액정 물질을 용해시키는 것이다. 본원에서 적합
한 용매는 THF, MEK, 톨루엔, 에틸 아세테이트 및 부틸 아세테이트이다. 사용가능한 첨가제는 중합화 저해제 또는 개시
제, 유동 조절 보조제, 염료 조제, 접착제 등이다. 등방성 용액을 통상의 도포기를 통해 기재에 옮긴다. 용매가 제거되는 건
조 터널을 통과시킨 후, 습윤한 필름을 UV 조사에 의해 고정시킬 수 있다. 생성된 필름은 매우 높은 반사성을 나타낸다. 이
들 필름은 LC 디스플레이에서 편광기로서 매우 적합하다. 한가지 구체예에서, 이러한 필름으로 된 다수의 층은 적층 공정
에 의해 다른 층의 상부에 적층된 층이고, 선택된 필름의 선택적인 파장의 적절한 선택에 의해 전체 가시광 영역에 적용되
는 편광기를 얻을 수 있다(EP 0 720 041)
이 형태의 다중층 편광기에 대한 대안으로서, 물질 I은 적합한 화합물과 함께 사용될 수 있고, 소위 넓은 밴드 편광기에서
의 처리 조건에서 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 기본 공정은 WO 98/08135, EP 0 606 940-A2, GB 2,321,529 A
및 WO 96/02016의 특허 명세서에 개시되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에서 참고 인용한다.
또한, 색 필터는 화학식 I의 화합물을 포함하는 혼합물을 사용하여 제조될 수 있다. 최종적으로, 필요한 파장은 당업자에게
공지된 도포 방법에 의해 특이적으로 도포될 수 있다. 또 다른 도포 형태는 콜레스테릭 액정의 써모크로미써티
(thermochromicity)를 사용하는 것이다. 온도를 조절함으로써, 콜레스테릭층의 색상을 적색에서 회색을 통해 푸른색으로
변화시킬 수 있다. 마스크의 조력하에, 특정한 영역은 제한된 온도에서 특이적으로 중합화될 수 있다. 화학식 I의 화합물을
포함하는 콜레스테릭 혼합물에 의한 광 회전 방향 및 써모크로미써티에 영향을 주는 중요한 인자는 키랄 보조제의 선택이
다. 이것은 콜레스테릭계의 써모크로미써티 및 반사광의 회전 방향을 결정한다.
화학식 I의 화합물을 포함하는 콜레스테릭상의 광학 특성 이외에, 이들 물질의 네마틱 상이 또한 광학 부재에서 사용하기
적합하다. 이 경우에, 이 계의 복굴절성이 사용된다. 본원에서는 특히 지연 필름이 언급된다.
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상기 화합물을 사용하여 제조될 수 있는 광학 부재는 개선된 온도 안정성의 면에서 탁월하다. 이는 광학 부재가 사용 분야
에 따라 다른 온도 안정성 기준을 만족시켜야 하는 이유로 특히 중요하다.
디스플레이에 사용된 편광기를 위해, 본 발명에서는 예를 들어 100℃에서 장기간(예를 들어, 30분 내지 수시간, 예를 들어
2 내지 10시간 또는 2 내지 5시간) 및 이어서 초기 온도로 냉각시키는 동안 광학 및/또는 기계적 특성의 변화가 없어야 한
다. 이는, 백그라운드 조명(lighting)의 결과로서 데워질 때 디스플레이에 가해지는 온도 로드(temperature load)에 거의
상응한다.
생산 공정을 통해 보다 높은 온도로 처리해야 하는 색 필터에 의해 만족되는 필요조건은 보다 엄격하다. 예를 들어, 폴리이
미드계 배열층으로서 알려진 것을 중합화에 의해 도포하는 것이 일반적이다. 이 경우에 중합화 온도는 약 230 내지 250℃
이다.
광학 부재 중 본 발명에 따른 중합체 필름은 유리 또는 보호 중합체 필름 하에 통상적으로 항상 존재하므로, 실질적으로 공
기의 부재하에 충분한 온도 안정성을 가진다.
따라서, 본 발명의 부재가 N2와 같은 불활성 기체 대기 중에서 100℃ 이상의 온도(예를 들어, 100 내지 350℃ 또는 100
내지 250℃)로 가열되고 원래의 온도(예를 들어, 20℃)로 다시 냉각되는 경우에 약 40 nm 이하의 최대 반사 파장 전이
(shift)를 보인다면, 본 발명의 온도 안정성 기준을 만족시키는 것이다.
파장의 전이는 추가의 중합화 수축에 의해 야기될 수 있으며, 그 결과로서 반사 파장은 짧은 파장 범위로 이동한다. 상기
전이가 10 내지 20 nm 또는 그 이하인 것이 바람직하다. 특히 바람직한 중합체 필름은 이러한 온도 처리의 결과로서 반사
파장의 측정가능한 비가역적인 전이를 나타내지 않는 것이다.
본 발명의 온도 안정성 기준(따라서, 또한 광학 및 기계적 안정성)은 다양한 기법에 의해 단순한 방식으로 측정될 수 있다.
제1 방법에 따라서, 중합성 화합물의 중합성 혼합물을 2개의 현미경 슬라이드 사이에 배열하고, UV 광으로 중합화시킨
후, 예를 들어 10℃ 간격으로 고온 플레이트 상에서 200℃까지 가열한다. 각각의 간격후에 반사 파장(또는 투과 파장)을
측정한다. 온도가 올라감에 따라 네트워크의 팽창이 관찰되는데, 이는 열 로드(적색 전이) 때문이다. 이어서, 중합체가 동
일한 간격으로 냉각된다면, 이 공정은 -이상적인 경우에서- 가역적이며, 실온에서 반사 파장의 동일한 초기 값이 다시 얻
어진다. 본 발명의 화합물은 이러한 유형의 가역적 양상을 보인다.
제2 방법에 따라, 특히 다중층계에 적용가능하고 이미 중합화된 층 또는 층의 조합(assembly)을 예를 들어 질소가 충만한
230℃ 또는 250℃의 오븐에 도입하고, 한시간이 경과한 후 초기 온도(예를 들어, 20℃)로 다시 냉각시켜 이것의 스펙트럼
을 측정한다. 적절한 경우, 이 공정을 1회 더 반복한다. 시험을 시작하기 전의 초기 스펙트럼에 비해, 본 발명의 계에서는
반사 레벨의 감소와 반사 파장의 전이가 발견되지 않는다.
본 발명은 하기 실시예 및 첨부된 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따라 사용되는 코팅 장치의 다이아그램을 도시한다.
실시예
실시예 1 : 유동성(pourable) 혼합물용 조성물
주성분 :
a) 네마틱 액정(nemLC) : 하기 식의 화합물 :
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b) 키랄 도핑제(chirDop) : 화학식 (B)의 화합물
c) 유동 조절제 : Byk 361
d) UV 개시제 : Irgacure 369
조성물
성분 양
NemLC 16.125 kg
chirDop 가변성, 하기 참조
Byk 361 8 g
Irgacure 0.564 kg
THF 31 kg
총량 : 약 48 kg
농도(nemat.) = 33.6%
용매 THF(가급적이면 새 것, 즉 과산화물이 없는 것)를 온도-제어 및 여과 장치가 장착된 적절한 교반 용기내로 도입한다.
nemLC, 유동 조절제를 순차적으로 교반하면서 첨가한다. 혼합물을 30분간 교반한 후, 40℃로 가온한다. 이 과정에서 모
든 물질이 용해된다. 흐리다면 필터로 이를 제거한다. 여과 후에, 개시제를 첨가한다.
목적하는 색상에 따라, THF 중에 미리 용해시킨 적절한 양의 chirDop를 첨가하여(도핑제 용액 : 10% 용액을 형성하도록
THF 중에 용해된 chirDop) 코팅용 혼합물을 얻는다.
[표 1]
chirDop의 양과 그로 인해 얻어진 색상
번호/nm 도핑제의 중
량%
번호/nm 도핑제의 중
량%
번호/nm 도핑제의 중량%
1/750 3.12 6/625 3.80 11/500 4.73
2/725 3.23 7/600 3.96 12/475 4.95
3/700 3.36 8/575 4.12 13/450 5.25
4/675 3.52 9/550 4.32 14/425 5.54
5/650 3.64 10/525 4.52 15/400 5.95
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이 용액을 PET, PP 또는 폴리아세테이트와 같은 적합한 기재상에 다양한 코팅 방법에 의해 도포할 수 있다.
실시예 2 : 액정 중합체 필름의 제조
PCT/EP 98/05544에 기재된 바와 거의 동일한 방식으로 코팅을 수행한다. 이러한 이유로, 도 1에 개략적으로 도시된 바와
같은 코팅 장치를 사용한다. 15 ㎛의 두께를 가진 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(PET 필름) (G)을 필름 릴(F)로부터 연
속적으로 풀고, 나이프 코팅기를 사용하여 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조된 혼합물로 코팅하였다. 코팅 속도는 10 m/
분이었다(캐스트 과압 0.3 바아; 캐스트 폭 10 ㎛). 60℃의 건조기(C)에서 건조시켰다. 냉각 롤(B) 상으로 건조된 밴드를
통과시키면서, UV 유닛(A)에서의 UV 고정에 의해 층을 경화시켰다. 경화된 콜레스테릭층을 롤(D) 상에 권취하였다. 건조
된 콜레스테릭 중합체층의 두께는 2.5 ㎛였다.
경화된 중합체 필름을 지지체로부터 박리시킬 수 있고, 이어서 통상의 방법으로 추가 처리할 수 있다. 그러므로, 예를 들어
이것은 다른 콜레스테릭 또는 비콜레스테릭 필름상에 적층될 수 있고; 또한 필름을 연마하여 안료를 만들 수 있는데, 이어
서 이 안료를 결합제 내로 혼입시키고, 본 발명에 따른 광학 부재를 제조하기 위해, 스프레이법, 압연법, 프린팅법 등에 의
해 적합한 지지체에 도포할 수 있다. 또한, 본 발명에서 얻어진 콜레스테릭 필름을 적합한 보호층을 가진 하나 또는 양쪽
면상에 적층시킬 수 있다. 전술한 추가 처리 단계는 공지된 방법에 의한 것으로, 특별한 설명을 요하지 않는다.
온도 안정성을 결정하기 위한 전술한 방법에서, 이 실시예에 따라 제조된 중합체는 이들의 광학적 및 기계적 특성에 있어
서 측정가능한 비가역적 변화를 보이지 않는다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
색 선택적 반사 및 편광 선택적 반사를 가진 광학 부재(optical element)를 제조하는 방법으로서, 하기 화학식 I로 표시되
는 1종 이상의 중합성 액정 화합물과 하기 화학식 Ie로 표시되는 1종 이상의 키랄 화합물의 배합물을 사용하는 방법:
[화학식 I]
Z1-Y1-A1-Y3-M-Y4-A2-Y2-Z2
[화학식 Ie]
(Z1-Y1-A1-Y3-M-Y4)nX
상기 화학식에서, Z1 및 Z2는 각각 반응성이고 중합성인 기를 포함하는 라디칼이고;
Y1-Y4는 각각 단일 화학 결합, -O-, -S-, -O-CO-, -CO-O-, -O-CO-O-, -CO-NR-, -NR-C0-, -O-CO-NR-, -
NR-CO-O- 또는 -NR-CO-NR이고, 여기서 Y3 및 Y4기 중 하나 이상이 -O-CO-O-, -O-CO-NR-, -NR-CO-O- 또는
-NR-CO-NR-이며, R은 C1-C4-알킬이며;
A1 및 A2는 각각 탄소수 2 내지 30개의 스페이서(spacer)로서, 여기에서 탄소 체인은 에테르 산소, 티오에테르 황 또는 인
접하지 않은 이미노 또는 C1-C4-알킬이미노기에 의해 차단될 수 있고;
M은 하기 화학식에서 선택된 메소제닉기(mesogenic group)인데,
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여기서, 각각의 고리는 C1-C20-알킬, C1-C20-알콕시, C1-C20-알콕시카르보닐, C1-C20-모노알킬아미노카르보닐, C1-
C20-알킬카르보닐, C1-C20-알킬카르보닐옥시, C1-C20-알킬카르보닐아미노, 포르밀, 할로겐, 시아노, 히드록실 및 니트
로에서 선택된 동일하거나 다른 3개 이하의 치환체를 보유할 수 있고;
n은 1 내지 6의 수이며;
X는 n-가 키랄 라디칼이다.
청구항 2.
제1항에 있어서,
M은 이고,
Z1 및 Z2는 H2C=CH-이며,
A1, A2 및 Y1 내지 Y4는 전술한 바와 같은 것인 방법.
청구항 3.
제1항에 있어서,
상기 키랄 화합물이 화학식 Ie의 화합물(여기서, n은 2이고,
Z1은 H2C=CH-이며, X는 하기 화학식의 키랄 라디칼이고,
A1, Y1, Y3, Y4, Y5 및 M은 상기 정의한 바와 같다)인 방법.
청구항 4.
제2항에 있어서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 사용하는 방법.
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청구항 5.
제3항 또는 제4항에 있어서,
하기 화학식으로부터 선택된 키랄 화합물을 사용하는 방법.
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
청구항 6.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
화학식 I의 비키랄 화합물과 화학식 Ie의 키랄 화합물의 몰비가 1:0.01 내지 1:0.25인 방법.
청구항 7.
제5항에 있어서,
화학식 I의 비키랄 화합물과 화학식 Ie의 키랄 화합물의 몰비가 1:0.01 내지 1:0.25인 방법.
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청구항 8.
제1항 내지 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 부재가 온도 안정성을 가지는 것인 방법.
청구항 9.
제5항에 있어서,
상기 광학 부재가 온도 안정성을 가지는 것인 방법.
청구항 10.
제6항에 있어서,
상기 광학 부재가 온도 안정성을 가지는 것인 방법.
청구항 11.
제8항에 있어서, 불활성 기체 대기 중에서 100℃ 이상의 온도로 가열하고 나서, 원래 온도로 냉각시킨 후 상기 광학 부재
가 40 nm 이하의 최대 반사 파장 전이를 보이는 것인 방법.
청구항 12.
제9항 또는 제10항에 있어서, 불활성 기체 대기 중에서 100℃ 이상의 온도로 가열하고 나서, 원래 온도로 냉각시킨 후 상
기 광학 부재가 40 nm 이하의 최대 반사 파장 전이를 보이는 것인 방법.
청구항 13.
제1항 내지 제4항, 제7항, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 1종 이상의 화합물을 사용하여 제조된 광학 부재.
청구항 14.
제5항에 기재된 1종 이상의 화합물을 사용하여 제조된 광학 부재.
청구항 15.
제6항에 기재된 1종 이상의 화합물을 사용하여 제조된 광학 부재.
청구항 16.
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제8항에 기재된 1종 이상의 화합물을 사용하여 제조된 광학 부재.
청구항 17.
제12항에 기재된 1종 이상의 화합물을 사용하여 제조된 광학 부재.
청구항 18.
제13항에 있어서, 넓은 밴드 또는 다중층 편광기, 색 필터, 지연 필름, 거울 및 보충 필름과 같은 편광기에서 선택된 광학
부재.
청구항 19.
제14항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 넓은 밴드 또는 다중층 편광기, 색 필터, 지연 필름, 거울 및 보충 필름과
같은 편광기에서 선택된 광학 부재.
도면
도면1
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