KR101972789B1 - 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자 - Google Patents

블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101972789B1
KR101972789B1 KR1020170046230A KR20170046230A KR101972789B1 KR 101972789 B1 KR101972789 B1 KR 101972789B1 KR 1020170046230 A KR1020170046230 A KR 1020170046230A KR 20170046230 A KR20170046230 A KR 20170046230A KR 101972789 B1 KR101972789 B1 KR 101972789B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
blue phase
rod
monomer
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020170046230A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180114450A (ko
Inventor
최석원
조성용
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020170046230A priority Critical patent/KR101972789B1/ko
Publication of KR20180114450A publication Critical patent/KR20180114450A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101972789B1 publication Critical patent/KR101972789B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
    • C09K19/0208—Twisted Nematic (T.N.); Super Twisted Nematic (S.T.N.); Optical Mode Interference (O.M.I.)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
    • C09K19/20—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a chain containing carbon and oxygen atoms as chain links, e.g. esters or ethers
    • C09K19/2007—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a chain containing carbon and oxygen atoms as chain links, e.g. esters or ethers the chain containing -COO- or -OCO- groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/58—Dopants or charge transfer agents
    • C09K19/586—Optically active dopants; chiral dopants

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 액정 조성물은 중앙의 굽은 핵(bent core)과 굽은 핵 양쪽에 막대형의 날개를 포함하는 굽은형 액정 화합물, 네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물, 봉상형 액정을 트위스트 시켜 블루 페이즈를 발현시키는 카이랄 도펀트, 고분자 형성을 위한 모노머 및 상기 모노머의 고분자화를 유도하는 광 개시제를 포함한다.

Description

블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자{BLUE PHASE LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND PHOTO CONTROL DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 스마트 윈도우에 적용가능한 블루 페이즈 액정 조성물 및 광 제어 소자에 관한 것이다.
최근에는 블루 페이즈(블루상, blue phase)이라고 불리는 키랄성 액정이 3차원적으로 형성하는 복잡한 질서구조에서 네마틱상과는 전혀 다른 광학적 성질이 있기 때문에 그 응용의 가능성이 주목받고 있다.
특히, 디스플레이에 관해서는 블루 페이즈가 네마틱 페이즈보다도 빠른 전기응답을 나타내며, 액정 패널의 기판 표면처리가 통상적인 네마틱 페이즈를 이용한 디스플레이보다도 간단하다는 점이 주목을 받고 있는 이유다.
그러나 블루 페이즈가 가지는 몇 가지 문제점 때문에 실제 응용에 많은 문제가 발생하고 있다. 특히, 블루 페이즈가 응용되기 위해 시급히 해결해야 할 문제점은 등방성(isotropic, Iso) 페이즈와 키랄성네마틱(N*) 페이즈 사이의 좁은 온도 범위(대략 1℃)에서 열역학적으로 안정한 메조페이즈인 블루 페이즈를 사용 가능한 온도범위 내에 발현시킬 수 없다는 점이다.
블루 페이즈는 이중-트위스트 실린더(double-twist cylinder, DTC) 구조를 가지며, 이러한 특이한 구조는 이중-트위스트 실린더(DTC)가 3차원 공간에서 자기조립하는 방법에서 기인한 것이다.
블루 페이즈는 승온 순서에 따라 3개의 카테고리, 즉, Blue Phase Ⅰ(BP I), Blue Phase Ⅱ(BP Ⅱ), 및 Blue Phase Ⅲ(BP Ⅲ)로 분류된다. 꽉 채워진 이중-트위스트 실린더(DTC)의 좌우대칭구조인 BP I의 경우에는 체심 입방형(body-centred cubic) 구조이고, BP Ⅱ인 경우에는 단순 입방형 구조이다. BP Ⅲ는 임의의 방향, 즉 비결정성 구조를 갖는 이중-트위스트 실린더(DTC)로 구성된다.
블루 페이즈는 광학적으로 활성이 있고 비-복굴절이며, 가시광선 범위에서 원편광에 대한 브래그 반사를 나타낸다. 블루 페이즈의 유일한 전기 광학적 특징들은 그들의 잠재적 적용의 관점에서는 매혹적이나, 그들이 좁은 온도 범위에서 존재한다는 사실은 향후 적용에 있어 주요 장애물이 된다.
블루 페이즈(BP) I의 온도 범위를 올리는 방법으로 블루 페이즈 구조를 갖는 광반응성 액정단량체를 중합하여 블루 페이즈 구조를 갖는 고분자 액정 필름을 제조하는 법이 있다.
그러나 이 경우는 모든 구성 분자들이 고정되어 결과적으로 액정동력이 없었다.
나아가 블루 페이즈(BP) Ⅱ는 극단적으로 좁은 온도범위(0.1℃)를 갖고 있기 때문에 블루 페이즈 Ⅱ를 활용하기 위해 반드시 온도범위를 넓히는 해법이 제시되어야 한다.
한국등록특허 제10-1531103호(2015.06.17) 한국등록특허 제10-1632611호(2016.06.16)
본 발명의 목적은 등방성(isotropic, Iso) 페이즈와 키랄성네마틱(N*) 페이즈 사이의 온도범위가 넓은 블루 페이즈(BP)조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 액정 조성물은 중앙의 굽은 핵(bent core)과 굽은 핵 양쪽에 막대형의 날개를 포함하는 굽은형 액정 화합물, 네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물, 봉상형 액정을 트위스트 시켜 블루 페이즈를 발현시키는 카이랄 도펀트, 고분자 형성을 위한 모노머 및 상기 모노머의 고분자화를 유도하는 광 개시제를 포함한다.
여기서, 상기 굽은형 액정 화합물은 밴드형태의 구조를 갖는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017034971893-pat00001
[화학식 2]
Figure 112017034971893-pat00002
[화학식 3]
Figure 112017034971893-pat00003
여기서, 상기 굽은형 액정 화합물의 중심 치환 각도는 60°내지 120°일 수 있다.
여기서, 상기 카이랄 도펀트는 하기 화학식 4 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112017034971893-pat00004
[화학식 5]
Figure 112017034971893-pat00005
여기서, 상기 모노머는 화학식 6과 같이 2개의 작용기를 가진 액정성 모노머와 화학식 7과 같이 3개의 작용기를 가진 비액정성 모노머를 포함할 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112017034971893-pat00006
[화학식 7]
Figure 112017034971893-pat00007
여기서, 상기 광 개시제는 광 반응성 물질로 340nm 내지 380nm파장의 자외선 조사시 모노머들의 반응성을 증가시키는 라디칼을 형성하는 하기 화학식 8일 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112017034971893-pat00008
여기서, 봉상형 액정과 굽은형 액정의 혼합물은 상기 봉상형 액정 대비 상기 굽은형 액정의 혼합비율은 16wt% 내지 30wt%일 수 있다.
여기서, 상기 카이랄 도펀트는 상기 봉상형 액정과 굽은형 액정의 혼합물 대비 29wt% 내지 35.5wt%의 비율로 혼합되어, 호스트 액정을 생성할 수 있다.
여기서, 상기 모노머는 상기 호스트 액정 대비 4wt% 내지 6wt%의 비율로 혼합될 수 있다.
여기서, 상기 호스트 액정과 상기 모노머를 혼합한 물질에 상기 광 개시제를 상기 혼합한 물질 대비 0.5wt%혼합할 수 있다.
여기서, 상기 카이랄 도펀트에 의해서 발현되는 상기 블루 페이즈는 단순 입방형 구조를 갖는 블루 페이즈 Ⅱ(BP Ⅱ)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자에 따르면 등방성 페이즈와 키랄성 네마틱 페이즈 사이의 넓은 온도 범위에서 열역학적으로 안정한 메조페이즈인 블루 페이즈가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 트위스트 실린더 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 봉상형 액정 혼합물을 포함하는 이중 트위스트 실린더를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고분자가 형성된 블루 페이즈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 고분자가 결합된 블루페이즈 Ⅰ의 온도범위 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 액정 조성물에 전계를 인가한 경우의 상태도이다.
도 7은 온도와 파장에 따른 반사도 그래프이다.
도 8은 반사도가 최대값을 가지는 파장을 온도에 따라 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈의 Kossel diagram이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ를 이용한 광 제어 소자의 반사도 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ를 이용한 광 제어 소자의 반응시간측정 그래프이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 트위스트 실린더 구조를 도시한 도면이다.
도 1의 왼편에 있는 블루 페이즈는 체심입방 구조를 갖는 블루 페이즈 Ⅰ이고, 도 1의 오른편에 있는 블루 페이즈는 단순 입방 구조를 갖는 블루 페이즈 Ⅱ이다.
본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 조성물은 중앙의 굽은 핵(bent core)과 굽은 핵 양쪽에 막대형의 날개를 포함하는 굽은형 액정 화합물, 네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물, 봉상형 액정을 트위스트 시켜 블루 페이즈를 발현시키는 카이랄 도펀트, 고분자 형성을 위한 모노머 및 상기 모노머의 고분자화를 유도하는 광 개시제를 포함한다.
굽은형 액정 화합물은 밴드형태의 구조를 갖는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017034971893-pat00009
[화학식 2]
Figure 112017034971893-pat00010
[화학식 3]
Figure 112017034971893-pat00011
굽은형 액정 화합물은 중앙의 굽은 핵(bent core)와 굽은 핵 양쪽에 막대형의 날개를 포함하는 구조를 가지며 중심치환 각도가 60° 내지 120°일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 이중 트위스트 실린더(Double Twist Cylinder, DTC)로 이루어진 블루 페이즈 Ⅰ,Ⅱ는 정육면체 형상인 하나의 단위 큐빅을 구성하는 이중 트위스트 실린더 사이에 공핍선(defect line)이 형성되고, 굽은형 액정 화합물은 블루 페이즈 Ⅰ,Ⅱ 액정의 공핍선에 위치하게 된다.
네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물은 도 1에 도시된 바와 같이 블루 페이즈를 구성하는 이중 트위스트 실린더를 이루는 혼합물이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 봉상형 액정 혼합물을 포함하는 이중 트위스트 실린더를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 1축 트위스트 구조를 3차원적으로 확장한 액정상이 카이랄 네마틱 상이라고 한다면, 도 2에 도시된 네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물을 2축 트위스트 시켜 3차원적으로 확장시킨 것이 블루 페이즈이다.
또한, 2축 트위스트 구조를 유지하는 일정 반경을 가지는 기둥을 이중 트위스트 실린더라고 한다. 도 1에서 블루 페이즈의 구조에 따라서 블루 페이즈 Ⅰ,Ⅱ를 구별하게 되는 것도 이중 트위스트 실린더의 배열상태에 따른 것이다.
도 2, 도3과 같이 블루 페이즈를 이루는 이중 트위스트 실린더는 네마틱 상을 갖는 봉상형 액정 혼합물이 실린더 내에서 서로 수직을 이루는 두개의 축을 따라 이중 나선형 구조체를 이루게 되고, 이중 트위스트 실린더는 이 구조체를 3차원으로 확장한 것이다.
블루 페이즈 Ⅰ,Ⅱ와 같이 이중 트위스트 실린더가 배열되면, 필연적으로 빈공간이 생기게 되고, 이 빈 공간을 연결한 선이 앞서 언급했던 공핍선(defect line)이다. 이중 트위스트 실린더와 공핍선이 공존함으로서 블루 페이즈는 열역학적으로 안정성을 가지게 되고, 블루 페이즈의 장점인 빠른 응답속도, 자발적인 가시광선 영역의 수백나노 구조체를 형성하게 된다.
카이랄 도펀트는 앞서 살펴본 봉상형 액정 혼합물에서 봉상형 액정을 트위스트 시켜 블루 페이즈가 발현되도록 한다.
카이랄 도펀트는 화학식 4 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Figure 112017034971893-pat00012
[화학식 5]
Figure 112017034971893-pat00013
화학식 4는 카이랄 도펀트의 종류인 R811의 구조식이고, 화학식 5는 S811의 구조식이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고분자가 형성된 블루페이즈의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 모노머는 하기 화학식 6과 같이 2개의 작용기를 가진 액정성 모노머와 화학식 7과 같이 3개의 작용기를 가진 비액정성 모노머를 포함한다.
[화학식 6]
Figure 112017034971893-pat00014
[화학식 7]
Figure 112017034971893-pat00015
모노머는 고분자화합물 등을 구성하는 저분자량의 물질로서 고분자 화합물이 화학반응에 의하여 생성될때 단위가 되는 저분자 물질이다. 블루 페이즈에 모노머를 첨가하면 광 개시제의 유도에 의해 고분자 화합물이 생성되고, 블루 페이즈와 고분자 화합물 간의 상분리가 일어나면서 고분자들이 공핍선(defect line)에 몰리게 된다. 고분자간 크로스 링킹에 의해서 단단히 고정된 상태에서 고분자들은 공핍선을 강하게 움켜쥐는 형태로 결합한다. 공핍선은 이와 같은 결합을 통해서 안정화되고, 공핍선에 결합된 고분자들에 의해서 블루 페이즈의 온도범위는 늘어나게 된다.
광 개시제는 모노머의 고분자화를 유도한다. 광 개시제는 화학식 8과 같은 구조의 화합물이며, 광 반응성 물질로 340nm 내지 380nm파장의 자외선 조사시 모노머들의 반응성을 증가시키는 라디칼을 형성한다.
[화학식 8]
Figure 112017034971893-pat00016
도 5는 고분자가 결합된 블루페이즈 Ⅰ의 온도범위 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이 등방성 페이즈(isotropic phase)와 키랄성 네마틱 페이즈(chiral nematic phase) 사이의 온도 범위가 안정화된 고분자를 포함하는 블루 페이즈에서 확연히 넓어지는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 액정 조성물에 전계를 인가한 경우의 상태도이다.
액정이 가지는 물성 중 하나인 전기적 이방성이 양의 값을 가질 경우 도 6과 같이 전계가 인가되면, 인가된 방향과 평행하게 블루 페이즈 액정 분자들이 회전하게 된다. 이로 인해 블루 페이즈 액정의 이중 나선형 구조체는 사라지게 되고 더 이상 주기적인 구조를 가질 수 없게 된다. 따라서 특정 파장의 빛을 반사시킬 수 없게되며 이 경우 모든 파장의 빛이 블루 페이즈 액정을 통과하게 된다. 이후 다시 전계를 제거하면 액정 분자들은 다시 초기 위치로 돌아오는 즉시 광 결정 구조를 형성한다. 더불어 액정 분자의 전기적 이방성이 음의 값을 가지는 경우에도 마찬가지이다. 이러한 블루 페이즈 액정의 특성을 활용하여 스마트 윈도우에 적용할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 블루페이즈 액정 조성물의 구성요소에 대해서 살펴보았다. 이하, 본 발명에 따른 블루페이즈 액정 조성물의 실제 실험예를 살펴본다.
<실험예>
본 발명의 실시예에 따른 블루페이즈 액정 조성물을 제조하기 위해서 먼저 블루 페이즈를 발현시켜주기 위한 네마틱상을 갖는 봉상형 액정에 봉상형 액정 중량대비 굽은형 액정을 16wt% 내지 30wt%비율로 혼합한다. 보다 바람직하게는 20wt%비율로 굽은형 액정을 혼합한다.
다음으로, 봉상형 액정과 굽은형 액정의 혼합물에 카이랄 도펀트를 29wt% 내지 35.5wt%의 비율로 혼합한다. 카이랄 도펀트의 양을 조절하게 되면 레드(red)영역부터 블루(blue)영역까지 모든 영역의 파장을 반사시킬 수 있고, 카이랄 도펀트 29wt%는 레드(red)영역 부근에서, 35.5wt%는 블루(blue)영역 부근의 광을 반사시킬 수 있다. 카이랄 도펀트가 첨가된 액정 혼합물을 이하 호스트 액정이라 한다.
봉상형 액정과 굽은형 액정은 서로 반응성이 없는 물질이다. 따라서 두 액정물질은 서로 균일하게 섞이며 각각의 물질이 가지는 고유한 특성에 영향을 미치지 않는다. 또한, 카이랄 도펀트 비율의 변화를 통해 블루 페이즈의 광 결정(photo crystal) 주기를 결정하고, 선택된 빛의 파장만 필름을 통해서 반사시킬 수 있다.
카이랄 도펀트도 봉상형 액정, 굽은형 액정과 반응성이 없으며 서로의 특성에 영향을 미치지 않고 봉상형 액정을 트위스트 시키는 역할을 한다.
다음으로 앞서 언급한 호스트 액정에 모노머를 4wt% 내지 6wt%의 비율로 혼합한다. 바람직하게는 5wt%의 비율로 혼합한다. 모노머로서 2개의 작용기를 가는 액정 모노머인 RM257 및 3개의 작용기를 갖는 TMPTA를 호스트 액정에 혼합한다.
이렇게 혼합된 물질과 광 개시제와의 비율은 0.5wt%가 적절하다. 광 개시제로서 DMPAP를 사용한다. 광 개시제는 약 340nm ~ 380nm의 빛을 흡수하여 두개의 라디칼을 생성시킬 수 있으며, 생성된 라디칼은 호스트 액정이 아닌 두 가지 모노머와 반응하여 고분자를 형성한다.
앞서와 같은 실험예를 통해서 제조된 블루페이즈 액정 조성물에서 고분자를 안정화시키고, 반사도(reflectance)를 측정하였다.
도 7은 온도와 파장에 따른 반사도 그래프이다.
도 8은 반사도가 최대값을 가지는 파장을 온도에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이 각각의 온도에서 날카로운 반사도를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이 온도의 변화에 따라 스펙트럼의 파장이 거의 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈의 Kossel diagram이미지이다.
본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈가 블루 페이즈 Ⅰ(BPⅠ) 인지, 블루 페이즈 Ⅱ(BP Ⅱ)인지를 확인하기 위해서 Kossel diagram 이미지를 측정하였고, 도 9에 도시된 바와 같이 전형적인 블루 페이즈 Ⅱ(BP Ⅱ)의 (100)면에 의한 패턴임을 확인하였다.
도 7 내지 도 9에 의하면 블루 페이즈 Ⅱ의 온도변화에 따른 파장의 변화가 거의 없는 구간이 약 10℃에서 60℃까지임을 알 수 있고, 블루 페이즈 Ⅱ임에도 불구하고 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ는 공핍선(defect line)에 고분자 물질이 결합함으로서, 50℃범위의 넓은 온도범위를 갖게 됨을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ를 이용한 광 제어 소자의 반사도 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이 블루 페이즈 Ⅱ의 광 제어 소자로서의 유용성을 확인하기 위해서 반사형 소자를 만들고, 소자를 구성하는 셀에 고분자 안정화된 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ를 주입한 뒤 전계를 일정한 간격으로 걸어 반사도를 측정하였다. 측정한 결과 히스테리시스가 거의 없는 소자임을 확인할 수 있었다. 또한, 반사도가 점차 줄어드는 현상은 초기 정렬된 이중 트위스트 실린더가 전계에 의해 액정분자들이 전계방향으로 회전하게되고, 이로 인해 이중 트위스트 실린더 구조가 점점 사라지면서 반사도가 줄어드는 것으로 분석할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 블루 페이즈 Ⅱ를 이용한 광 제어 소자의 반응시간측정 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이 광 제어 소자의 반응시간은 0.6ms(decay time), 0.9ms(rise time)로서 매우 짧은 것을 확인할 수 있고, 이는 블루 페이즈를 소자에 적용한 경우에도 블루 페이즈의 특성은 변하지 않고 발현된다는 점을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 중앙의 굽은 핵(bent core)과 굽은 핵 양쪽에 막대형의 날개를 포함하는 굽은형 액정 화합물;
    네마틱상을 갖는 봉상형 액정 혼합물;
    봉상형 액정을 트위스트 시켜 블루 페이즈를 발현시키는 카이랄 도펀트;
    고분자 형성을 위한 모노머; 및
    상기 모노머의 고분자화를 유도하는 광 개시제를 포함하고,
    봉상형 액정과 굽은형 액정의 혼합물은 상기 봉상형 액정 대비 상기 굽은형 액정의 혼합비율은 16wt% 내지 30wt%이고,
    상기 카이랄 도펀트는 상기 봉상형 액정과 굽은형 액정의 혼합물 대비 29wt% 내지 35.5wt%의 비율로 혼합되어, 호스트 액정을 생성하고,
    상기 카이랄 도펀트 비율의 변화를 통해 상기 블루 페이즈의 광 결정(photo crystal) 주기를 결정하고, 선택된 빛의 파장만 반사시키는 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굽은형 액정 화합물은 밴드형태의 구조를 갖는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112017034971893-pat00017

    [화학식 2]
    Figure 112017034971893-pat00018

    [화학식 3]
    Figure 112017034971893-pat00019
  3. 제2항에 있어서,
    상기 굽은형 액정 화합물의 중심 치환 각도는 60°내지 120°인 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카이랄 도펀트는 하기 화학식 4 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112017034971893-pat00020

    [화학식 5]
    Figure 112017034971893-pat00021
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모노머는 화학식 6과 같이 2개의 작용기를 가진 액정성 모노머와 화학식 7과 같이 3개의 작용기를 가진 비액정성 모노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
    [화학식 6]
    Figure 112017034971893-pat00022

    [화학식 7]
    Figure 112017034971893-pat00023
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 개시제는 광 반응성 물질로 340nm 내지 380nm파장의 자외선 조사시 모노머들의 반응성을 증가시키는 라디칼을 형성하는 하기 화학식 8인 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
    [화학식 8]
    Figure 112017034971893-pat00024
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모노머는 상기 호스트 액정 대비 4wt% 내지 6wt%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 호스트 액정과 상기 모노머를 혼합한 물질에 상기 광 개시제를 상기 혼합한 물질 대비 0.5wt%혼합하는 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 카이랄 도펀트에 의해서 발현되는 상기 블루 페이즈는 단순 입방형 구조를 갖는 블루 페이즈 Ⅱ(BP Ⅱ)인 것을 특징으로 하는 블루페이즈 액정 조성물.
  12. 제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 블루페이즈 액정 조성물을 포함하는 광 제어 소자.
  13. 제12항의 광 제어 소자를 포함하는 스마트 윈도우.
KR1020170046230A 2017-04-10 2017-04-10 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자 Expired - Fee Related KR101972789B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170046230A KR101972789B1 (ko) 2017-04-10 2017-04-10 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170046230A KR101972789B1 (ko) 2017-04-10 2017-04-10 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180114450A KR20180114450A (ko) 2018-10-18
KR101972789B1 true KR101972789B1 (ko) 2019-04-26

Family

ID=64132948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170046230A Expired - Fee Related KR101972789B1 (ko) 2017-04-10 2017-04-10 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101972789B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112175627B (zh) * 2020-09-24 2022-04-15 北京科技大学 一种含芴核弯曲型化合物的蓝相液晶复合材料的制备方法
KR102674484B1 (ko) * 2021-10-07 2024-06-13 경희대학교 산학협력단 나선형 나노필라멘트 이원 혼합계를 포함하는 비 카이랄성 액정 조성물 및 이를 포함하는 원 편광 소자
KR102708277B1 (ko) * 2021-10-14 2024-09-20 경희대학교 산학협력단 광학필름 및 이를 포함하는 컬러 태양전지
WO2023150908A1 (zh) * 2022-02-08 2023-08-17 京东方科技集团股份有限公司 液晶组合物及其制备方法、显示面板

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531103B1 (ko) * 2012-10-24 2015-06-23 보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드 폴리머 및 블루상 액정을 포함하는 복합체, 복합체의 제조 방법 및 복합체를 포함하는 액정 디스플레이 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101632611B1 (ko) 2009-05-04 2016-06-22 동우 화인켐 주식회사 복합구성 편광판 세트 및 이를 포함하는 푸른 상 액정모드 액정표시장치
WO2011145536A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Liquid crystal composition and liquid crystal display device
KR101253094B1 (ko) * 2011-07-26 2013-04-10 경희대학교 산학협력단 열적 안정성이 우수한 블루 페이즈 ｉ 액정의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531103B1 (ko) * 2012-10-24 2015-06-23 보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드 폴리머 및 블루상 액정을 포함하는 복합체, 복합체의 제조 방법 및 복합체를 포함하는 액정 디스플레이 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Stefanie Taushanoff, Ph.D. Thesis, Kent State University (2011.5.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180114450A (ko) 2018-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101972789B1 (ko) 블루 페이즈 액정 조성물 및 이를 포함하는 광 제어 소자
Lee et al. Liquid crystalline blue phase I observed for a bent-core molecule and its electro-optical performance
White et al. Widely tunable, photoinvertible cholesteric liquid crystals
Yoshizawa Material design for blue phase liquid crystals and their electro-optical effects
Furumi Self-assembled organic and polymer photonic crystals for laser applications
CN104142587B (zh) 具有可逆光响应特性的双反射带胆甾相液晶薄膜及其制备方法
Zhang et al. Stretchable freestanding films of 3D nanocrystalline blue phase elastomer and their tunable applications
Guo et al. Effect of network concentration on the performance of polymer-stabilized cholesteric liquid crystals with a double-handed circularly polarized light reflection band
Balachandran et al. Effect of cybotactic clusters on the elastic and flexoelectric properties of bent-core liquid crystals belonging to the same homologous series
Nordendorf et al. Polymer‐stabilized blue phases: promising mesophases for a new generation of liquid crystal displays
CN101281269A (zh) 一种具有宽波反射特性的液晶偏振片的制备方法
Yu et al. Matched elastic constants for a perfect helical planar state and a fast switching time in chiral nematic liquid crystals
Wei et al. Cholesteric liquid crystalline polyether with broad tunable circularly polarized luminescence
CN109116452A (zh) 一种红外光波段反射膜及其制备方法和应用
KR100701992B1 (ko) 중합성 혼합물
Rumi et al. Polymer dispersed liquid crystals
Lin et al. Self-organized 3D photonic superstructure: Blue phase liquid crystal
Farooq et al. Chiral photonic liquid crystalline polyethers with widely tunable helical superstructures
CN107849450A (zh) 用于获得包含具有稳定蓝相的液晶混合物的材料的方法以及包含该材料的光学物品
Fukawa et al. Disappearance of reflection color by photopolymerization of lyotropic cholesteric liquid crystals from cellulose derivatives
Park et al. Electrically Controllable Omnidirectional Laser Emission from a Helical‐Polymer Network Composite Film
Chen et al. 3D nanomaterial silica aerogel via diffusion of chiral compound driven broadband reflection in chiral nematic liquid crystals
JP5457048B2 (ja) 高分子／液晶複合材料およびその製造方法
Wang et al. Structural Characteristics and Defects in Ethyl− Cyanoethyl Cellulose/Acrylic Acid Cholesteric Liquid Crystalline System
CN109085712B (zh) 一种温度响应型液晶材料、光调节器及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20220401

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

Not in force date: 20240423

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20240423