KR100210372B1 - 광기능성-전기전도성 고분자 배향막 - Google Patents

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Abstract

전기 전도성 고분자에 치환기로서 광기능성 고분자를 부착시켜 광기능성과 전기-전도성을 이용한 배향막에 관한것으로, 종래의 절연 고분자에 러빙기술을 이용하여 배향막을 형성할때 절연 배향막에서 발생하는 정전기를 없애고, 상기 전전기에 의한 먼지등의 흡착으로 인하여, 액정 디스플 레이에 발생되는 결함을 제거하기 위해, 전기 전도성 고분자를 이용하고, 전기 전도성 고분자의 주 사슬에 광기능성 고분자를 부착시킴으로서 특정파장의 편광된 광원에 의해 광기능성 고분자를 정렬시켜 러빙공정 없이 액정분자를 배향시킬 수 있고, 구조적 불안정성을 없앨 수 있다.

Description

광기능성-전기전도성 고분자 배향막
제1(a)도는 전기-전도성 고분자의 한 예인 폴리파이롤(polypyrrole)의 구조식.
제1(b)도는 전기-전도성 고분자의 한 예인 폴리다이오핀(polythiophene)의 구조식.
제1(c)도는 전기-전도성 고분자의 한 예인 폴리 파라 페닐린(poly para phenylene)의 구조식.
제2도는 광기능성 고분자의 아조기만을 나타낸 구조식.
제3도는 전기 전도성 고분자의 한 예인 폴리파이롤의 코아에 아조기를 갖는 광기능성 고분자를 치환기로 결합시킨 것을 나타낸 구조식.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 폴리파이롤(polypyrrole) 2 :폴리다이오핀(polythiophene)
3 : 폴리 파라 페닐렌(poly para phenylene)
4 : 광기능성 고분자의 트랜스-모드(trans-mode)상태인 아조기
5 : 광기능성 고분자의 시스-모드(cis-mode)상태인 아조기
6 : 광원 7 : 발색단
본 발명은 금속의 전기적, 광학적, 자기적 특성을 가질뿐 아니라 고분자의 기계적 성질 및 가공성을 동시에 갖는 전기-전도성 고분자를 이용한 액정 배향막에 관한 것으로, 특히, 전기-전도성 고분자에 치환기로서 광기능성 고분자를 결합시켜, 독점광원에 의한 분자정렬을 이용하여 액정분자 를 배향시키는 광기능성-전기전도성 고분자 배향막에 관한것이다.
즉, 본 발명에 따른면 종래의 액정의 배향에 필요한 러빙(rubbing)공정을 실시할 필요없이 편광된 광원을 이용하여 광기능성 고분자를 특정방향으로 정렬시켜 액정분자들을 배향시키고, 전기-전도성 고분자 주 사슬에 광기능성 고분자를 치환기로 결합시키므로서 광 기능성 고분자의 구조적 불안정을 해소시킬수 있고, 또한 전기-전도성 고분자의 전도성으로 인해 종 래의 절연 배향막에서 발생되는 정전기 문제를 해결할 수 있다.
일반적으로 액정 디스플레이가 균일한 밝기와 높은 콘트라스비를 가지도록 하기 위해서는 액정분자들을 일정한 방향으로 배향시켜야 하는데, 유리기판 사이에 액정물질을 채워 넣는 것만으로는 동일한 분자배열 상태를 얻을 수 없다.
액정분자의 배열방향은 근접분자의 배열방향에 영향을 받기 때문에, 배향막의 분자가 집단 적으로 한방향으로 정렬해야 액정분자의 일정분자의 일정한 배향이 가능하게 된다. 따라서, 동일한 분자배열 분자배열 상태로 하기 위해 일반적으로 기판의 유리내벽에 액정을 배향시키는 배향막을 형성한다. 이때 상기 배향막은 배향의 균일성, 재현성, 액정물질과의 적합성, 안정성 등이 요구된다.
종래의 트위스트-네마틱(TN)형 액정표시소자에서 사용되는 액정은 가수분해성이 뛰어난 시프염기계의 액정이 사용되었기 때문에, 액정 표시소자의 신뢰성을 장기적으로 확보하기 위해서는 글라스 프리트 씰(glass frit seal)이 필수적으로 사용되었다. 따라서, 트위스트-네마틱(TN)형 액 정 표시소자의 제조공정에서는 수평배향 재료로서 고온처리에 견딜수 있는 폴리이미드(polyimide)계 재료가 선정 되어 사용되고 있다.
상기 폴리이미드(polyimide)계 재료는 도공성, 러빙(rubbing)성, 배향 제어능력 또는 화학 적 안정성 등에 대해서도 다른 유기 고분자에 비해 우수함이 확인됨으로써, 폴리이미드(polyimide) 계 배향막이 각종 액정 표시소자에 일반적으로 사용되고 있다.
상기 폴리이미드(polyimide)를 사용한 배향막의 수평 배향처리제로서의 가장 기본적인 배향 특성은 러빙으로 규제된 배향 방향에 따라, 액정분자의 장축이 배향되는 것이다. 이때, 상기의 러빙(rubbing)법이란 유리기판을 헝겁등으로 일정한 방향으로 문지르게 되면 그 방향에 따라 액정분자의 장축을 일정방향으로 배향시키는 방법인데, 러빙(rubbing)에 의한 배향은 전단응 력(shear stress)에 의해 배향막 표면이 신장되고 고분자의 장축방향이 마찰시킨 방향으로 배향된다.
그러나, 상기 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연성 고분자로 배향막을 형성하고, 유리기판 을 마찰시키는 러빙(rubbing)법을 이용하여 액정분자를 러빙방향으로 배향시키게 되면, 마찰에 의해 발생되는 정전기가 액정분자에 영향을 미치게 되고, 상기 정전기에 의해 먼지등의 불순물이 배향막을 이루는 분자에 흡착하게 되어 액정 디스플레이에 결함이 발생된다는 문제점이 있다.
또한, 액정디스플레이의 전체면적에 균일하게 액정이 배향되지 않는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 전기 전도성 고분자에 치환기로서 광 기능성 고분자를 결합시켜 전도성을 갖는 배향막을 제조함으로써, 종래 절연 배향막에서 발생될 수 있는 정전기 현상을 없애고, 광기능성 고분자의 특성을 이용하여 특정파장의 광원을 이용한 배향조건을 찾으므로써 러빙이 필요없이 액정분자를 배향할 수 있고, 전도성 고분자 주 사슬에 광기능성 고분자를 치환기로 부착시킴으로서 구조적인 안정성을 얻어 액정디스플레이의 전체 면적에 대한 액 정의 균일한 배향을 얻는데 목적이 있다.
이때, 상기 폴리이미드 대신에 사용되는 광기능성 고분자는 발색단을 함유하고 있으며, 선형적으로 편향된 자외선 광에 의해 방향성을 가진 구조로 전이를 일으켜 배향막의 역할을 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 특정 파장의 광원에 의해 트랜스-모드(trans-mode )와 시스-모드(cis-mode)로 변환가능한 광기능성 고분자를 전기-전도성 고분자에 치환기로서 결합시키고, 상기 결합된 광기능성-전기전도성 고분자를 박막공정에 의해 형성한 매향막을 특징으로 한다.
또한, 액정을 배향시킬 경우 특정파장의 광원에 의해 광기능성 고분자의 구조를 트랜스-모드(trans-mode)와 시스-모드(cis-mode)로 변환킴으로 인하여 액정이 배향되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1(a)도 내지 제1(c)도는 전기-전도성 고분자의 구조식을 각각 나타낸 것으로써, 제1(a)도는 폴리파이롤(1, polypyrrole)의 구조식을 나타낸 것이고, 제1(b)도는 폴리다이오핀(2, polyth iophens)의 구조식을 나타낸 것이고, 제1(c)도는 폴리 파라 페닐린(3, poly para-phenylene)의 구 조식을 나타낸 것으로, 상기 각각의 전기-전도성 고분자들은 폴리머 백본(polymer backbone)을 따 라 넓게 펼쳐진 π-공액결합(conjugation)과 전자가 비편재화된(doping된 후)구조를 갖는 특이한 유형의 고분자이다.
대부분의 전기-전도성 고분자들은 열적 안정성과 대기 안정성이 떨어지며, 일반적인 유기 용매에 용해되지 않는다는 단점이 있으나, 제1(a)도 내지 제1(c)도에 도시된 전기-전도성 고분자들 은 일반적인 전기-전도성 고분자들과 비교할때 전혀 다른 종류의 전기-전도성 고분자이다. 따라서 고분자의 합성 및 유도체를 제조하기가 용이하고, 엔엠피(NMP; N-Methy1 Pyrrolidinone), 클로로폼(chloroform), 에탄올, 메탄올, 롤루엔(toluene), 메타크레졸(Meta-cresole)등의 용매에 대한 용해도가 비교적 크며 넌-레독스 도핑(non-redox doping)에 의해 전기전도도를 조절하기가 용이 하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 전기-전도성 고분자는 도핑후에 높은 전도도를 나타내며 도핑된 후의 상태(doped form)와 도핑되기 전의 상태(undoped form)모두가 열적 안정성과 대기 안전성이 큰 물질이다.
또한, 본 발명에 사용되는 전기-전도성 고분자는, 구조적으로는 고분자 사슬의 기본 골격이 공액화되어 있고, π-전자가 분자사슬에 고루 분포 되어 있으며, 파이얼스 갭(Pierl's Gap)을 갖고 있고, 전기 전도도가 반도체에서 도핑(doping)과정을 거쳐 도체상태까지의 분포를 가지는 물질이다.
제2도는 광기능성 고분자의 아조기의 구조를 나타낸 것으로써, 아조기는 터미날 그룹으로 다양한 물질과 결합되어 특정 파장의 광원(6)에 의해 발색단(7)으로 부터 트랜스-모드(4, trans-mode)에서 시스-모드(5, cis-mode)의 상호변환이 가능한 광이성화 특성을 갖는 물질이다.
따라서, 특정파장을 갖는 광원 즉, 자외선(UV, 파장은 365nm)을 조사하게 되면, 일반적으로 트랜스-모드의 구조가 많이 분포하던 아조벤젠의 전체구조가 시스-모드로 바뀌게 되며, 청색 가시광선(Visible, 파장은 440nm)을 조사하게 되면 아조벤젠의 전체구조가 트랜스-모드로 변하게 되므로, 상기 광기능성 고분자의 광원에 따라 종류가 변하는 광이성화 특성을 이용하여 액정분 자를 배향할 수 있게 된다.
상기 아조기를 갖는 광기능성 고분자로는 C6AzOC5, MeOAzO, CNAOC, 또는 HAzPAE등이 있다.
제3도는 전기 전도성 고분자의 한 종류인 폴리파이롤(1)의 경우 모노머(monomer)를 시작 점으로 하여 토실레이션(Tosylation)반응, 환원(Reduction)반응, 아조다이(Azodye)반응, 가수분해( Hydrolysis)반응, 그리고 전기중합(Electrochmical oxidization)반응 과정등을 거쳐 전도성 고분자 에 치환기로서 제2도에서와 같이 특정 파장의 광원(6)에 의해 발색단(7)으로부터 트랜스-모드(4)와 시스-모드(5)로 변환가능한 광기능성 고분자의 아조기를 갖는 분자가 결합된 구조식을 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 특정파장의 광원(6)에 의해 트랜스-모드(4)와 시스-모드(5)로 변환 가능한 광기능성 고분자의 일종인 아조벤젠을 전기 전도성 고분자의 일종인 제1(a)도의 폴 리파이롤(1)에 부착시켜 광이성화특성을 이용하여 특정 액정 디스플레이의 용도에 맞는 모드를 선택 하여 적용시키고, 상기 아조벤젠을 제1(a)도의 폴리파이롤에 부착시켜 모드를 선택한 합성물질을 배 향막으로 사용하기 위해 진공 박막공정, LB 박막공정, 또는 스핀 박막공정을 통하여 박막으로 제조 된 배향막을 얻을 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 전기 전도성 고분자에 결합된 광기능성 고분자를 배향막으로 하여 액정을 배향시킬 수 있는데, 특정 파장의 광원(6)으로서 편광된 자외선을 광기능성-전기전도성 고분자 배향막에 조사시키면, 이 편광된 자외선에 의해 광기능성 고분자의 구 조가 모두 제2(b)도의 시스-모드(5)로 변하게 된다. 이때 시스-모드(5)의 장축방향이 액정 배향의 방향이 되고, 경우에 따라 기판에 수직 또는 수평방향으로 배향하게 된다.
또한, 청색의 가시광선을 광이성화 특성을 갖는 광기능성 고분자에 조사하면 전체 구조가 트랜스-모드(4)로 변하게 되고, 이때 트랜스-모드(4)의 장축방향이 액정 배향의 방향이고, 시스- 모드일때와 마찬가지로 경우에 따라 기판에 수직 또는 수평으로 배향하게 된다.
상기와 같이 전기 전도성 고분자가 결합된 광기능성 고분자를 사용하여 액정 디스플레이를 제조하면 액정 배향시에 발생하는 정전기는 전기-전도성 고분자의 전도성에 의해 정전기를 없앨 수 있고, 정전기에 의한 불순물의 흡착으로 발생하는 문제점을 해결할 수 있으며, 액정 디스플레이의 전체면적에 대하여 균일하고 안정되게 배향된 액정을 얻을 수 있다.
또한, 전기 전도성 고분자가 결합된 광기능성 고분자는 전도성 고분자의 특성인 제3고조파 발생(Third-Harmonicwave generation)과 광기능성 고분자의 특성인 제2고조파 발생(Second- Harmonicwave generation)을 이용한 광-변조기(Optical Modulator), 광-기억소자(Optical-Memory Device)그리고 광-도파관(Optical-Wave Guide)등에 적용함으로써, 전기-전도성 고분자를 이용한 발광다이오드, 변색소자 디바이스, 반도체 소자의 핵심부품인 전계효과 트랜지스터등에 사용 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판상부에 박막공정으로 형성된 전기-전도성 고분자와, 상기 전기-전도성 고분자에 치환기로서 부착되는 아조기를 갖는 광기능성 고분자를 포함하는 광기능성-전기전도성 고분자 배향막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기-전도성 고분자는 분자사슬의 기본 골격이 공액화되어 있고, 상기 분자사슬에 π-전자가 고루 분포되어 있으며, 파이얼스 갭(Pierl's Gap)을 갖고 있고, 반도체에서 도체상태까지 전기정도도를 가지는 구조인 것을 특징으로 하는 광기능성-전기전도성 고분자 배향막.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기-전도성 고분자는 폴리파이롤, 폴리다이오핀, 폴리아닐린, 폴리 페닐렌, 또는 폴리 파라 페닐레인것을 특징으로 하는 광기능성-전기 전도성 고분자 배향막.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광기능성 고분자는 특정파장의 광원에 의하여 아조기의 발색단으로부터 트랜스-모드와 시스모드의 상호변환이 가능한 광이성화를 특성을 갖는 물질인것을 특징으로 하는 광기능성-전기전도성 고분자 배향막.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 광기능성 고분자는 C6AzOC5, MeOA2O, CNAOC, 또는 HAzPAE인 것을 특징으로 하는 광기능성-전기전도성 고분자 배향막.
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