KR101288558B1 - 액정 광배향제 및 이를 이용하여 제조된 액정 광배향막 - Google Patents

액정 광배향제 및 이를 이용하여 제조된 액정 광배향막 Download PDF

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Abstract

액정 광배향제 및 이를 이용하여 제조된 액정 광배향막을 제공하며, 상기 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 화합물; 및 폴리아믹산, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112009034570686-pat00001
상기 화학식 1에서, X 및 R1은 명세서에 정의된 바와 같다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향제는 기판에 대한 인쇄성이 우수하고, 신뢰성 및 전기 광학적 특성 면에서 우수한 액정 광배향막을 제조할 수 있다.
액정 광배향막, 액정 광배향제, 첨가제, 에폭시, 폴리아믹산, 폴리이미드, 광배향제, 잔상, 선경사각, 전압보전율, 도막 균일성, 인쇄성

Description

액정 광배향제 및 이를 이용하여 제조된 액정 광배향막{LIQUID CRYSTAL PHOTO-ALIGNMENT AGENT, AND LIQUID CRYSTAL PHOTO-ALIGNMENT FILM MANUFACTURED USING SAME}
본 발명은 액정 광배향제 및 이를 이용하여 제조된 액정 광배향막에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display: LCD)는 액정 배향막을 사용한다. 상기 액정 배향막으로는 주로 고분자 물질을 사용한다. 상기 액정 배향막은 액정 분자의 배열에 방향자(director) 역할을 하여 전기장(electric field)에 의해 액정이 움직여서 화상을 형성할 때, 적당한 방향을 잡도록 해준다. 일반적으로 액정표시장치에서 균일한 휘도(brightness)와 높은 명암비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정을 균일하게 배향하는 것이 필수적이다.
종래에는 액정을 배향시키는 통상적인 방법으로, 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자 막을 도포하고, 이 표면을　나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 러빙 방법을 이용하였다. 그러나 러빙 방법은 섬유질과 고분자 막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기(electrostatic discharge: ESD)가 발 생할 수 있어, 액정 패널 제조시 심각한 문제점을 야기시킬 수 있다.
상기 러빙 방법의 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 마찰이 아닌 광조사에 의해 고분자 막에 이방성(비등방성, anisotropy)을 유도하고,　이를 이용하여 액정을 배열하고자 하는 광배향법이 연구되고 있다.
상기 광배향법에 사용될 수 있는 재료로는 아조벤젠(azobenzene), 쿠마린(cumarin), 칼콘(chalcone), 신나메이트(cinnamate)와 같은 광기능성기를 함유하는 고분자들이 개발되었다. 이러한 고분자들은 편광된 광 조사에 의해 광이성화나 광가교화 등의 반응이 비등방적으로 일어나고, 이에 의해 고분자 표면에 이방성이 생성되어 액정의 분자배열을 한 방향으로 유도하게 된다.
이러한 액정 배향막 재료들을 실질적으로 액정표시장치에 적용하기 위해서는 광학적 안정성과 열적 안정성이 우수하고, 잔상이 없어야 한다. 그러나, 기존에 알려진 광배향 재료들은 이러한 면에서 많은 문제점을 나타내고 있다.
한편 종래의 액정 광배향막 재료는 대부분 고분자형으로서, 고분자 주쇄에 사이드(side) 그룹으로 아조벤젠이나 신나메이트와 같은 광이방성을 유도할 수 있는 광기능성 그룹을 가지고 있다. 이러한 고분자형 액정 광배향막 재료를 사용하는 경우 이방성을 유도하기 위해 많은 광에너지가 요구될 뿐만 아니라, 반응하지 않고 남아 있는 다수의 미반응 광기능성 그룹들이 추후 열적 안정성, 광학적 안정성 및 전기 광학적 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
또한 액정 표시 소자는 일반적으로 투명한 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 도전막이 증착되어 있는 유리 기판에 액정 광배향제를 도포하고, 이를 열로 경화한 후 광 조사에 의해 고분자 막에 이방성(비등방성)을 유도하여 배향막을 형성한 후 기판 2매를 대향으로 합착하고 액정을 주입하여 제조한다. 또는 상기 액정 표시 소자는 한쪽 기판에 액정을 적하한 후 대향 기판을 합착하여 완성하는 액정 적하 방식으로 제조하고 있다. 특히, 5세대 이상의 중대형 라인에서는 액정 적하 방식을 주로 채택하고 있다.
일반적으로, 액정 광배향막은 폴리아믹산이나 폴리이미드 중합체 및 폴리이미드 광중합체를 유기 용매에 용해시킨 액정 광배향제를 플렉소 인쇄 등에 의해 기판에 도포한 후, 가건조, 소성 및 광 조사를 실시함으로써 형성된다. 이때, 액정 광배향제가 인쇄성이 불량할 경우, 형성된 도막에 막 두께 편차가 생기게 되고, 이러한 도막의 불균일성은 액정 표시 소자의 표시 특성에 악영향을 주는 경우가 있기 때문에 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 일 구현예는 인쇄성이 우수하고, 균일하며 안정한 수직 배향력과 우수한 액정 광배향성, 원 드랍 필링(One Drop Filling, ODF)방식의 액정 적하에 의해 수직 배향력이 저하되지 않고, 공정조건 변화에 안정한 액정 광배향제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 잔상 및 전기 광학적 특성 면에서 우수한 액정 광배향막을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 화합물; 및 폴리아믹산, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 액정 광배향제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112009034570686-pat00002
상기 화학식 1에서,
X는 1 내지 8의 정수이고,
R1은 쿠마린(cumarin)계 광디아민, 칼콘(chalcone)계 광디아민 또는 신나메 이트(cinnamate)계 광디아민으로부터 유도된 유기기이다.
상기 에폭시 화합물의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 0.01 내지 60 중량부일 수 있고, 0.05 내지 50 중량부일 수 있으며, 또는 0.05 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112009034570686-pat00003
[화학식 3]
Figure 112009034570686-pat00004
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
R2 내지 R6 및 R13 내지 R17은 서로 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고,
R7 내지 R12, R18 및 R19는 서로 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이다.
[화학식 4]
Figure 112009034570686-pat00005
상기 화학식 4에서,
R20 내지 R24는 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R25 및 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
상기 R25 및 R26에서 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기이고,
R27 내지 R30은 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이다.
상기 폴리아믹산은 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112009034570686-pat00006
상기 화학식 5에서,
R31은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
R32는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 폴리이미드는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112009034570686-pat00007
상기 화학식 6에서,
R33은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
R34는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기, 또는 쿠마린계 광디아민, 칼콘계 광디아민 및 신나메이트계 광디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 액정 광배향제를 사용하여 제조한 액정 광배향막을 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향제는 기판에 대한 인쇄성이 우수하고, 신뢰성 및 전기 광학적 특성 면에서 우수한 액정 광배향막을 제조할 수 있다.
이하에서 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 "알킬기"란 C1 내지 C30 알킬기를 의미하며, "시클로알킬기"란 C3 내지 C30 시클로알킬기를 의미하며, "알킬렌기"란 C1 내지 C6 알킬렌기를 의미하며, "시클로알킬렌기"란 C3 내지 C30 시클로알킬렌기를 의미하며, "헤테로시클로알킬렌기"란 C2 내지 C30 헤테로시클로알킬렌기를 의미하며, "아릴기"란 C6 내지 C30 아릴기를 의미하며, "헤테로아릴기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 의미하며, "아릴렌"기란 C2 내지 C20 아릴렌기를 의미하며, "헤테로아릴렌기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기를 의미하며, "알킬아릴기"란 C7 내지 C30 알킬아릴기를 의미하며, "할로겐 원자" 또는 "할로겐기"란 F, Cl, Br 또는 I를 의미한다.
본 명세서에서 치환된 알킬기, 치환된 알킬렌기, 치환된 시클로알킬렌기, 치환된 헤테로시클로알킬렌기, 치환된 아릴기, 치환된 아릴렌기, 치환된 헤테로아릴기, 치환된 헤테로아릴렌기, 치환된 피리미디닐기, 치환된 피리디닐기, 치환된 티오페닐기, 치환된 퓨라닐기, 치환된 나프틸기 및 치환된 페닐기는 각각 독립적으로 할로겐기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C30 할로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 C1 내지 C20 알콕시기로 치환된 알킬기, 알킬렌기, 시클로알킬렌기, 헤테로시클로알킬렌기, 아릴기, 아릴렌기, 헤테로아릴기, 헤테로아릴렌기, 피리미디닐기, 피리디닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 나프틸기 및 페닐기 를 의미한다.
또한 본 명세서에서 헤테로시클로알킬렌기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴렌기는 각각 독립적으로 N, O, S, Si 또는 P의 헤테로 원자를 한 고리 내에 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 시클로알킬렌기, 아릴기 및 아릴렌기를 의미한다.
또한 본 명세서에서 "지환족" 또는 "지방족 고리"란 C3 내지 C30 사이클로알킬, C3 내지 C30 사이클로알케닐 또는 C3 내지 C30 사이클로알키닐을 의미하며, "방향족"이란 C6 내지 C30 아릴 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴을 의미한다.
또한 본 명세서에서 "＊"는 동일하거나 상이한 원자 또는 화학식과 연결되는 부분을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 화합물; 및 폴리아믹산, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112009034570686-pat00008
상기 화학식 1에서,
X는 1 내지 8의 정수이고,
R1은 쿠마린(cumarin)계 광디아민, 칼콘(chalcone)계 광디아민 또는 신나메이트(cinnamate)계 광디아민으로부터 유도된 유기기이다.
이하 각 구성 성분에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
(A) 에폭시 화합물
본 발명의 에폭시 화합물은 상기 화학식 1로 표현될 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 함량은 폴리머(폴리아믹산, 폴리이미드 또는 이들의 조합임) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 60 중량부일 수 있고, 0.05 내지 50 중량부일 수 있으며, 또는 0.05 내지 30 중량부일 수도 있다. 에폭시 화합물의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 기판에 도포시 인쇄성 및 평탄성을 저하시키지 않으면서, 적절하게 광중합 반응이 일어날 수 있어, 광배향제로 유용하게 사용할 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 들 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112009034570686-pat00009
[화학식 3]
Figure 112009034570686-pat00010
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
R2 내지 R6 및 R13 내지 R17은 서로 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R7 내지 R12, R18 및 R19는 서로 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이다.
[화학식 4]
Figure 112009034570686-pat00011
상기 화학식 4에서,
R20 내지 R24는 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R25 및 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알킬기이고,
상기 R25 및 R26에서 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합이고,
R27 내지 R30은 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이다.
(B) 폴리머
상기 폴리머는 폴리아믹산, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 또한 상기 폴리아믹산과 폴리이미드를 혼합하여 사용하는 경우, 1 내지 99 중량% 및 99 내지 1 중량%의 비율로 사용할 수 있다. 또한 폴리머의 함량은 전체 용액을 100 중량%로 하였을 때 0.01 내지 30중량% 포함되어 있으며, 바람직하게는 1 내지 15중량% 포함되어 있는 액정 광배향제를 제공한 다.
(B-1) 폴리아믹산
액정 광중합체에 사용되는 폴리아믹산은 산이무수물과 디아민으로부터 합성되는 폴리아믹산은 어떠한 것도 사용할 수 있다.
상기 산이무수물로는 지방족 고리형 산이무수물, 방향족 산이무수물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 디아민으로는 방향족 디아민 또는 기능성 디아민을 단독으로 사용할 수 있고, 방향족 디아민과 기능성 디아민을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 산이무수물과 디아민을 공중합하여 폴리아믹산을 제조하는 방법은 종래 폴리아믹산의 공중합에 가능한 것으로 알려진 방법은 제한되지 않고 적용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리아믹산의 구체적인 예로는 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112009034570686-pat00012
상기 화학식 5에서,
R31은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가 의 유기기이고,
R32는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
(B-1-1) 산이무수물
(B-1-1-1) 지방족 고리형 산이무수물
상기 지방족 고리형 산이무수물로는 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산이무수물(CBDA), 5-(2,5-디옥소테트라히드로퓨릴)-3-메틸시클로헥센-1,2-디카르복실산무수물(DOCDA), 바이시클로옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산이무수물(BODA), 1,2,3,4-시클로펜탄테트라카르복실산이무수물(CPDA), 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산이무수물(CHDA), 1,2,4-트리카르복시-3-메틸카르복시 시클로펜탄이무수물, 1,2,3,4-테트라카르복시 시클로펜탄이무수물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지방족 고리형 산이무수물로부터 유도되는 4가의 유기기는 하기 화학식 7 내지 화학식 11로 표시되는 작용기 중 적어도 하나의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112009034570686-pat00013
[화학식 8]
Figure 112009034570686-pat00014
[화학식 9]
Figure 112009034570686-pat00015
[화학식 10]
Figure 112009034570686-pat00016
[화학식 11]
Figure 112009034570686-pat00017
상기 화학식 7 내지 화학식 11에서,
R40은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n40은 0 내지 3의 정수이고,
R41 내지 R47은 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
(B-1-1-2) 방향족 산이무수물
상기 방향족 산이무수물로는 피로멜리트산이무수물(PMDA), 비프탈산이무수물(BPDA), 옥시디프탈산이무수물(ODPA), 벤조페논테트라카르복시산이무수물(BTDA), 헥사플루오르이소프로필리덴디프탈산이무수물(6-FDA) 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 산이무수물로부터 유도되는 4가의 유기기는 하기 화학식 12로 표시되는 작용기 또는 화학식 13으로 표시되는 작용기 중 적어도 하나의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 12]
Figure 112009034570686-pat00018
[화학식 13]
Figure 112009034570686-pat00019
상기 화학식 12 및 화학식 13에서,
R51 및 R52는 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R54 및 R55는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n54 및 n55는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
R53은 -O-, -CO-, 치환 또는 비치환된 알킬렌기(예를 들면: -C(CF3)2-), 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로시클로알킬렌기이고,
n53은 0 또는 1의 정수이다.
(B-1-2) 디아민
(B-1-2-1) 방향족 디아민
상기 방향족 디아민으로는 파라-페닐렌디아민(p-PDA), 4,4-메틸렌디아닐린(MDA), 4,4-옥시디아닐린(ODA), 메타-비스아미노페녹시디페닐설폰(m-BAPS), 파라 -비스아미노페녹시디페닐설폰(p-BAPS), 2,2-비스아미노페녹시페닐프로판(BAPP), 2,2-비스아미노페녹시페닐헥사플루오로프로판(HF-BAPP), 1,4-디아미노-2-메톡시벤젠 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기는 하기 화학식 14 내지 화학식 16으로 표시되는 작용기 중 적어도 하나의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 14]
Figure 112009034570686-pat00020
[화학식 15]
Figure 112009034570686-pat00021
[화학식 16]
Figure 112009034570686-pat00022
상기 화학식 14 내지 화학식 16에서,
R61, R63, R64 및 R67 내지 R69는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 또는 -O-, -COO-, -CONH- 또는 -OCO- 중 하나를 더 포함하는 상기 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기이고,
R62, R65 및 R66은 각각 독립적으로 -O-, -SO2-, 또는 -C(CF3)2-와 같은 -C(R')(R'')-(여기서, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다)이고,
n61, n63, n64 및 n67 내지 n69는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
n62, n65 및 n66은 각각 독립적으로 0 또는 1의 정수이다.
(B-1-2-2) 기능성 디아민
폴리아믹산 제조시, 액정배향막이 액정 분자의 선경사각 조절이 용이하고 우수한 배향성을 갖도록 하기 위하여 기능성 디아민을 방향족 디아민과 함께 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 기능성 디아민으로는 하기 화학식 17 내지 화학식 19로 표시되는 화합물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같이, 기능성 디아민을 방향족 디아민과 혼합하여 사용하는 경우에는, 제조되는 폴리아믹산에서 일부는 방향족 디아민으로부터 유도되는 작용기를 포함하며, 일부는 상기 기능성 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기를 포함하게 된다.
[화학식 17]
Figure 112009034570686-pat00023
상기 화학식 17에서,
R71은 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R72는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n72는 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 18]
Figure 112009034570686-pat00024
상기 화학식 18에서,
R73, R75 및 R76은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R74는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO-, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기이고,
R77은 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 또는 -O-, -COO-, -CONH- 또는 -OCO-를 1종 이상 더 포함하는 상기 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이고,
n73은 0 내지 3의 정수이고,
n75 및 n76은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
n74는 0 또는 1의 정수이다.
[화학식 19]
Figure 112009034570686-pat00025
상기 화학식 19에서,
R81 및 R83은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R82는 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R78 및 R79는 각각 독립적으로 -O- 또는 -COO-이고,
R80은 -O-, -COO-, -CONH- 또는 -OCO-이고,
n81 및 n83은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
n78 내지 n80은 각각 독립적으로 0 또는 1의 정수이다.
(B-2) 폴리이미드
상기 폴리이미드는 액정 광중합체에 사용되는 폴리이미드 중합체 또는 폴리이미드 광중합체 중 어떠한 것도 사용할 수 있다.
상기 폴리이미드는 상기 화학식 1로 표시되는 폴리아믹산을 이미드화시켜 제조할 수 있고, 또는 1 종 이상의 광디아민과 산이무수물로부터 합성할 수도 있다. 폴리아믹산을 이미드화시켜 폴리이미드 중합체를 제조하는 방법 및 광디아민과 산이무수물로부터 폴리이미드 광중합체를 제조하는 방법은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리이미드의 구체적인 예로는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것을 들 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112009034570686-pat00026
상기 화학식 6에서,
R33은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
R34는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이거나, 또는 쿠마린계 광디아민, 칼콘계 광디아민 또는 신나메이트계 광디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
(B-2-1) 산이무수물
상기 폴리이미드를 제조하는데 사용되는 상기 산이무수물은 지방족 고리형 산이무수물, 방향족 산이무수물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이에 대한 내용은 상기 폴리아믹산에서와 같다.
(B-2-2) 광디아민
상기 폴리이미드를 제조하는데 사용되는 상기 광디아민은 신나메이트계 광디아민, 칼콘계 광디아민, 쿠마린계 광디아민 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 신나메이트계 광디아민으로는 하기 화학식 20으로 표시되는 화합물, 하기 화학식 21로 표시되는 화합물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 상기 칼콘계 광디아민으로는 하기 화학식 22로 표시되는 화합물을 사용할 수 있고, 상기 쿠마린계 광디아민으로는 하기 화학식 23으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 20]
Figure 112009034570686-pat00027
상기 화학식 20에서,
R91은 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R92는 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n92는 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 21]
Figure 112009034570686-pat00028
상기 화학식 21에서,
R97은 방향족 디아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C24 선형 또는 분지형 알킬렌기를 포함하는 디아민기, 또는 이들의 조합이고,
상기 R97에서 상기 치환된 알킬렌기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬렌기; 상기 알킬렌기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로시클로알킬렌기, -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-, -NR'-, -NR'-CO-, -CO-NR'-, -NR'-CO-O-, -O-CO-NR'-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 -O-CO-O-(여기서, R'는 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다)로 치환된 알킬렌기; 또는 이들의 조합인 알킬렌기 이고,
R94는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n94는 0 내지 4의 정수이고,
R95 및 R96은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알킬기이고,
상기 R95 및 R96에서 상기 치환된 알킬기는 수소 원자가 헤테로 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합인 알킬기이고,
R93은 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알킬아릴(alkylaryl)기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
상기 R93에서 상기 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합인 알킬기이고,
상기 R93에서 상기 치환된 알킬아릴기는 상기 알킬아릴기의 하나 이상의 비 인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬아릴기이다.
[화학식 22]
Figure 112009034570686-pat00029
상기 화학식 22에서,
R101은 방향족 디아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C24 선형 또는 분지형 알킬렌기로 치환된 디아민기, 또는 이들의 조합이고,
상기 R101에서 상기 치환된 알킬렌기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환기된 알킬렌기; 상기 알킬렌기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로시클로알킬렌기, -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-, -NR'-, -NR'-CO-, -CO-NR'-, -NR'-CO-O-, -O-CO-NR'-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 -O-CO-O-(여기서, R'는 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다)로 치환된 알킬렌기; 또는 이들의 조합인 알킬렌기이고,
R102 및 R105는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치 환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기고,
n102 및 n105는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
R103 및 R104는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알킬기이고,
상기 R103 및 R104에서 상기 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합인 알킬기이고,
R106는 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알킬아릴(alkylaryl)기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
상기 R106에서 상기 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합인 알킬기이고,
상기 R106에서 상기 치환된 알킬아릴기는 상기 알킬아릴기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬아릴기이다.
[화학식 23]
Figure 112009034570686-pat00030
상기 화학식 23에서,
R111은 방향족 디아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C24 선형 또는 분지형 알킬렌기로 치환된 디아민기, 또는 이들의 조합이고,
상기 R111에서 상기 치환된 알킬렌기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환기된 알킬렌기; 상기 알킬렌기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 헤테로시클로알킬렌기, -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-, -NR'-, -NR'-CO-, -CO-NR'-, -NR'-CO-O-, -O-CO-NR'-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 -O-CO-O-(여기서, R'는 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다)로 치환된 알킬렌기; 또는 이들의 조합인 알킬렌기이고,
R112는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n112는 0 내지 4의 정수이고,
R113 및 R114는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알킬기이고,
상기 R113 및 R114에서 상기 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2 그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 또는 이들의 조합인 알킬기이다.
(D) 용매
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향제는 용매를 포함한다.
용매는 에폭시 화합물 및 폴리머를 용해시킬 수 있는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다.
상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸 아세트아미드, N,N-디메틸 포름아마이드, 디메틸 설폭사이드, γ-부티로 락톤, 및 메타 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매 등을 사용할 수 있다.
또한 상기 용매는 빈용매인 알콜류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 탄화수소류 또는 할로겐화 탄화수소류를 상기 폴리이미드가 석출되지 않는 한도 내에서 적정 비율로 더 포함한 것을 사용할 수 있다. 상기 빈용매들은 액정배향제의 표면에너지를 낮추어 도포시 퍼짐성과 평탄성을 좋게 해주기 때문이다.
상기 빈용매는 전체 용매에 대하여 1 내지 90부피%의 범위에서 사용할 수 있으며, 1 내지 70부피%의 범위에서 사용할 수도 있다.
상기 빈용매의 구체적인 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 시클로 헥사놀, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 트리에틸렌 글리콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 초산메틸, 초산에틸, 초산부틸, 수산 디에틸, 말론산 에스테르, 디에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸에틸, 디에틸렌 글리콜 디메틸에틸, 디에틸렌글리콜 에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논, 2-하이드록시 프로피온산 에틸, 2-하이드록시-2-메틸 프로피온산 에틸, 에톡시 초산 에틸, 하이드록시 초산 에틸, 2-하이드록시-3-메틸 부탄산 메틸, 3-메톡시 프로피온산 메틸, 3-메톡시 프로피온산 에틸, 3-에톡시 프로피온산 에틸, 3-에톡시 프로피온산 메틸, 메틸 메톡시 부탄올, 에틸 메톡시 부탄올, 메틸 에톡시 부탄올, 에틸 에톡시 부탄올, 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 1,4-디클로로 부탄, 트리 클로로 에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 헥산, 헵탄, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 액정 광배향제에서 상기 용매의 함량은 특별히 정해지지는 않으나, 상기 액정 광배향제의 고형분이 1 내지 48 중량%가 되도록 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 용매의 함량은 상기 액정 광배향제의 고형분이 3 내지 15 중량%가 되도록 사용할 수 있으며, 또는 5 내지 10 중량%가 되도록 사용할 수도 있다. 상기 고형분의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 인쇄시에 기판 표면에 영향을 받지 않아 막의 균일도를 적절하게 유지할 수 있고, 적절한 점도를 유지할 수 있어, 높은 점도로 인한 인쇄시 형성되는 막의 균일도 저하를 방지할 수 있고, 적절한 투과율을 나타낼 수 있다.
(E) 그 밖의 첨가물
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향제는 실란 커플링제나 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 액정 광배향막은 상기 액정 광배향제를 이용하여 제조된다.
액정 광배향막은 액정 광배향제를 기판에 도포하여 형성시킬 수 있는데, 상기 액정 광배향제를 상기 기판에 도포하는 방법으로는, 스핀 코트법, 플렉소 인쇄법, 잉크젯법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 플렉소 인쇄법은 형성한 도막의 균일성이 우수하고, 대형화가 용이하므로, 일반적으로 사용될 수 있다.
상기 기판으로는 투명성이 높은 기판이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 유리 기판, 또는 아크릴 기판이나 폴리카보네이트 기판 등의 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 또한 액정 구동을 위한 ITO 전극 등이 형성된 기판을 사용하면, 제조 공정을 간소화할 수 있다.
상기 액정 광배향제는 도막의 균일성을 높이기 위해 기판에 균일하게 도포한 후, 실온 내지 200℃의 온도로, 다른 일 구현예에 따르면 30 내지 150℃의 온도로, 또 다른 일 구현예에 따르면 40 내지 120℃의 온도로 1 내지 100 분 동안 가건조를 실시할 수 있다. 상기 가건조를 통하여, 액정배향제의 각 성분의 휘발도를 조정함으로써, 균일하고 편차가 없는 도막을 얻을 수 있다.
그 후, 다시 80 내지 300℃, 또는 120 내지 280℃의 온도에서 5 내지 300분 동안 소성을 실시하여 완전히 용매분을 증발시킴으로써, 액정 광배향막을 형성할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 형성된 액정 광배향막은 편광 자외선 조사에 의한 일축 배향 처리를 하거나, 또는 수직 배향막 등의 일부 용도에서는 일축 배향 처리를 하지 않고 액정표시장치에 사용된다.
상기 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 광배향막은 10mJ 내지 5000mJ의 에너지에서 0.1 내지 180분 동안 노광하여 일축 배향 처리를 할 수 있다. 상기와 같이 노광 강도를 줄이면서 일축 배향 처리를 하면 상기 폴리이미드 광중합체에 포함되어 있는 이중 결합을 완전히 제거할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
또한 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
(제조예 1: 폴리아믹산(PAA-1)의 제조)
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 질소를 통과시키면서 파라-페닐렌디아민 0.7 몰과 하기 화학식 24로 표시된 기능성 디아민 3,5-디아미노페닐데실 석신이미드(3,5-Diaminophenyldecyl succinimide) 0.3 몰을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 넣어 혼합 용액을 제조하였다.
[화학식 24]
Figure 112009034570686-pat00031
상기 혼합 용액에 고체 상태의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물 1.0 몰을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 20 중량%이며, 온도는 30℃　내지 50℃로 유지하면서 10시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 수지를 제조하였다. 제조된 폴리아믹산 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 고형분 8 중량%의 폴리아믹산 용액(PAA-1)을 제조하였다.
(제조예 2: 폴리이미드(SPI-1)의 제조)
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크 에 질소를 통과시키면서 페닐렌디아민 0.8 몰과 상기 화학식 24로 표시된 디아민 3,5-디아미노페닐데실 석신이미드 0.2 몰을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈을 넣어 혼합 용액을 제조하였다.
상기 혼합 용액에 고체 상태의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물 1.0 몰을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 20 중량%이며, 온도는 30℃ 내지 50℃로 유지하면서 10시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다.
상기 제조된 폴리아믹산 용액에 3.0 몰의 아세트산무수물과 5.0 몰의 피리딘을 첨가하고 80℃로 승온시킨 후, 6시간 동안 반응시키고, 진공증류를 통해 촉매와 용매를 제거하여 고형분 함량 20 중량%의 가용성 폴리이미드 수지를 제조하였다.
제조된 가용성 폴리이미드 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 고형분 8 중량%의 폴리이미드 용액(SPI-1)을 제조하였다.
(액정 광배항제의 제조)
(실시예 1)
제조예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 PAA-1 용액 80g에 제조예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 SPI-1 용액 20g을 넣어 폴리머 액을 제조하였다. 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 25로 표시되는 에폭시 화합물 0.05 중량부를 상기 폴리머 액에 넣고 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-1이라 한다)
[화학식 25]
Figure 112009034570686-pat00032
(실시예 2)
에폭시 화합물의 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 30 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를　얻었다(이하 PSPI-2이라 한다).
(실시예 3)
에폭시 화합물의 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 50 중량부로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-3이라 한다).
(실시예 4)
제조예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 PAA-1 용액 80g에 제조예 2에서 얻은 고형분 8w%의 SPI-1 용액 20g을 넣어 폴리머 액을 제조하였다. 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 26으로 표시되는 에폭시 화합물 0.05 중량부를, 상기 폴리머 액에 넣고 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-4라 한다).
[화학식 26]
Figure 112009034570686-pat00033
(실시예 5)
에폭시 화합물 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 30 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-5라 한다)
(실시예 6)
에폭시 화합물 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 50 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의　액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-6라 한다).
(실시예 7)
제조예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 PAA-1 용액 80g에 제조예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 SPI-1 용액 20g을 넣어 폴리머 액을 제조하였다. 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 27로 표시되는 에폭시 화합물 0.05 중량부를, 상기 폴리머 액에 넣고 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-7이라 한다).
[화학식 27]
Figure 112009034570686-pat00034
(실시예 8)
에폭시 화합물 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 30 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-8라 한다).
(실시예 9)
에폭시 화합물 첨가량을 상기 폴리머 전체 100 중량부에 대하여 50 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 고형분 8 중량%의 액정 광배향제를 얻었다(이하 PSPI-9라 한다).
(비교예 1)
제조예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 PAA-1 용액 100g을 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다(이하 PSPI-10이라 한다).
(비교예 2)
제조예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 SPI-1 용액 100g을 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다(이하 PSPI-11이라 한다).
(비교예 3)
제조예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 PAA-1 용액 80g에 제조예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 SPI-1 용액 20g을 넣은 후 질소를 통과시키면서 24시간 교반한 후, 입경 0.1㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를　얻었다(이하 PSPI-12이라 한다).
(인쇄성 및 끝단도막 균일성 평가)
세정한 ITO가 부착된 유리 기판 상에, 상기 실시예 1 내지 실시예 9 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 액정 광배향제를 배향막 인쇄기(CZ 200®, 나칸社)를 사용하여 플렉소 인쇄한 후, 상기 인쇄된 기판을 50 내지 90℃의 핫플레이트 상 에 2 내지 5　분 동안 방치하여 도막의 가건조를 실시하였다.
상기 기판을 가건조한 후, 상기 기판을 200 내지 230℃의 핫플레이트 상에서 10 내지 30분 동안 소성한 다음 10mJ 내지 5000mJ의 에너지에서 0.1 내지 180분 동안 노광하여 액정 광배향막이 부착된 기판을 제조하였다.
상기 액정 광배향막의 막면을 육안 및 전자현미경(MX50®, 올림푸스社)을 통해 기판 전면(중앙부분과 끝단부분)에 걸쳐 인쇄성(핀홀(Pinhole) 및 얼룩) 및 도막의 막 두께 변화를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에서, 인쇄성은 핀홀이 0 내지 3개인 경우를 양호, 4 내지 6개인 경우를 보통, 6개를 초과하는 경우를 불량으로 표시하였으며, 얼룩은 미발생시 양호, 발생시 불량으로 표시하고, 도막균일성은 두께 편차가 0.005㎛ 미만인 경우를 양호라 하고, 0.005 내지 0.01㎛인 경우를 보통이라 하고, 0.01㎛을 초과하는 경우를 불량으로 표시하였다.
(액정 광배향막의 액정 배향성 )
액정 광배향제의 액정 배향성을 평가하기 위하여 액정 셀을 제작하여 이용하였다. 상기 액정 셀의 제조는 다음과 같다.
규격화된 크기의 ITO 유리 기판에 1.5cm×1.5cm 크기의 정사각형 ITO 모양과 전압 인가를 위한 전극 ITO 모양만을 남기고 다른 부분의 ITO를 제거하기 위해 포토리소그래피 공정을 이용하여 패턴화하였다.
패턴화한 ITO 기판에 실시예 1 내지 실시예 9 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 액정 광배향제를 도포하고 스핀 코팅하여 0.1㎛ 두께로 만든 다음, 70℃와 210℃의 경화 과정을 거치게 하였다.
상기 경화 과정을 거친 ITO 기판을 노광기(UIS-S2021J7-YD01, Ushio LPUV)를 이용하여 일정 각도, 일정 에너지하에서 노광한 2개의 기판을 노광 방향이 서로 반대 방향(VA mode용, 90도)이 되도록 한 후, 4.75㎛의 셀 갭을 유지한 채로 정사각형 ITO 모양이 위, 아래로 일치하게 접합하였다. 상기 노광시 광원은 2kW 딥 UV 램프(deep UV ramp, UXM-2000)를 사용하였다.
이와 같은 방법으로 만들어진 셀에 액정을 채운 후, 직교 편광된 광학 현미경을 이용, 액정 배향성을 관찰하였고, 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
(액정 광배향막의 전기적 특성 및 광학적 특성)
액정 광배향막의 전기적 특성 및 광학적 특성들은 4.75㎛ 셀 갭의 액정 셀을 이용하여 전압-투과도 곡선, 전압보전율 및 잔류 DC전압을 측정하여 평가하였다.
상기 전압-투과도 곡선, 전압보전율 및 잔류 DC전압의 전기적 특성 및 광학적　특성들을 간단히 설명하면 다음과 같다.
상기 전압-투과도 곡선은 중요한 전기적 특성 및 광학적 특성 중의 하나로 액정표시장치의 구동 전압을 결정짓는 특성 중의 하나이며, 액정 셀에 전압을 인가하면서 투과도를 측정하여 가장 밝은 상태의 광량을 100%, 가장 어두운 상태의 광량을 0%로 하여 표준화한 곡선이다.
상기 전압보전율은 능동구동 방식의 TFT-LCD에서 비선택기간 동안 외부전원과 플로팅된 상태의 액정층이 충전된 전압을 유지하는 정도를 말하며, 100%에 가까운 값이 이상적이다.
상기 잔류 DC전압은 이온화된 액정 층의 불순물들이 배향막에 흡착되어, 외부에서 인가된 전압이 없더라도 액정 층에 걸려 있는 전압을 말하며, 낮을수록 좋다. 상기 잔류 DC전압의 측정 방법으로는 플리커를 이용한 방법과 DC전압에 따른 액정 층의 전기용량 변화 곡선(C-V)을 이용한 방법 등이 보편적이다.
액정 셀을 이용한 액정 광배향막의 전기적 특성 및 광학적 특성들의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]

시료
인쇄성
도막 균일성
광
배향성
전압-투과도		 전압보전율
(%)
잔류 DC전압 (by C-V)
상온 (60Hz) 상온 (10Hz)
실시예 1 양호 양호 양호 양호 99.22 99.02 45
실시예 2 양호 양호 양호 양호 99.26 99.09 53
실시예 3 양호 양호 양호 양호 99.31 99.14 152
실시예 4 양호 양호 양호 양호 99.16 99.00 48
실시예 5 양호 양호 양호 양호 99.25 99.07 59
실시예 6 양호 양호 양호 양호 99.29 99.11 182
실시예 7 양호 양호 양호 양호 99.08 98.91 60
실시예 8 양호 양호 양호 양호 99.15 98.98 64
실시예 9 양호 양호 양호 양호 99.24 99.08 186
비교예 1 양호 양호 불량 불량 98.76 98.52 142
비교예 2 양호 양호 불량 불량 98.82 98.59 80
비교예 3 양호 양호 불량 불량 98.80 99.60 96
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 9의 액정 광배향제의 경우 광에폭시 첨가제가 액정 광배향제 대비 0.05 내지 50중량부 포함되어 있을 때에 인쇄성, 도막균일성은 물론 전압투과도 및 전압보전율이 우수함을 알 수 있다.
또한 상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 9의 액정 광배향제를 이용하여 제조된 액정 광배향막은 비교예 1 내지 비교예 3의 액정 광배향제을 이용하여 제조된 액정 광배향막에 비하여 인쇄성이나 도막균일성은 물론 전압투과도나 전압보전율이 우수함을 알 수 있다. 또한 실시예 1 내지 실시예 9의 액정 광배향제를 이용하여 제조된 액정 광배향막은 전압투과율, 전압보전율, 잔류 DC전압 등의 전기적 특성면에서 우수함을 알 수 있다.
상기 전압 보전율과 잔류 DC전압은 액정 광배향막의 잔상 특성을 평가하는 기준이 되는 것으로, 상기 전압 보전율이 높을수록, 잔류 DC전압이 낮을수록 잔상 특성이 우수한 것을 의미한다. 따라서 실시예 1 내지 실시예 9에서 제조한 액정 광배향제는 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 액정 광배향제보다 잔상 특성이 우수함을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 화합물; 및
    폴리아믹산, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머
    를 포함하는 액정 광배향제:
    [화학식 1]
    Figure 112009034570686-pat00035
    상기 화학식 1에서,
    X는 1 내지 8의 정수이고,
    R1은 쿠마린계 광디아민, 칼콘계 광디아민 및 신나메이트계 광디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로부터 유도된 유기기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 0.01 내지 60 중량부인 액정 광배향제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 0.05 내지 50 중량부인 액정 광배향제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 0.05 내지 30 중량부인 액정 광배향제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 중 적어도 하나인 것인 액정 광배향제:
    [화학식 2]
    Figure 112009034570686-pat00036
    [화학식 3]
    Figure 112009034570686-pat00037
    상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
    R2 내지 R6 및 R13 내지 R17은 서로 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고,
    R7 내지 R12, R18 및 R19는 서로 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이고,
    [화학식 4]
    Figure 112009034570686-pat00038
    상기 화학식 4에서,
    R20 내지 R24는 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    R25 및 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
    상기 R25 및 R26에서 치환된 알킬기는 수소 원자가 할로겐 원자 또는 시아노기로 치환된 알킬기; 상기 알킬기의 하나 이상의 비인접한 CH2　그룹이 -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -CH=CH-로 치환된 알킬기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알킬기이고,
    R27 내지 R30은 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알콕시알킬기, C1 내지 C20 할로알킬기 및 방향족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이거나, C1 내지 C6 알킬기 및 지환족 유기기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아믹산은 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것인 액정 광배향제:
    [화학식 5]
    Figure 112009034570686-pat00039
    상기 화학식 5에서,
    R31은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
    R32는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것인 액정 광배향제:
    [화학식 6]
    Figure 112009034570686-pat00040
    상기 화학식 6에서,
    R33은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
    R34는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기, 또는 쿠마린계 광디아민, 칼콘계 광디아민 및 신나메이트계 광디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재에 따른 액정 광배향제를 사용하여 제조한 액정 광배향막.
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