KR100232405B1

KR100232405B1 - 신규의 액정 배향제용 피엠아이에이 고분자 유도체 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100232405B1
Application number: KR1019970051972A
Authority: KR
Inventors: 노성희
Original assignee: 손욱; 삼성전관주식회사
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 1999-12-01
Also published as: KR19980063518A

Abstract

PMIA(poly-m-phenylene isophthalamides)고분자의 아미드 결합의 N 위치에 아르알킬기를 도입하여 다음의 화학식 1을 가지는 신규의 액정 배향제용 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자 및 그 제조방법을 제공한다.

따라서, NMP, THF, DMSO 및 벤질알콜 등의 유기용매에 가용되고, 뛰어난 액정배향성 및 액정 배향능을 가지며 러빙 처리에 의한 저프리틸트갈(0.5° 내지 1°)의 발현이 가능하며 IFS 모드의 LCD 소자에의 이용이 가능하게 된다.

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)

Description

신규의 액정 배향제용 피엠아이에이 고분자 유도체 및 그의 제조방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 액정 배향막에 이용할 수 있는 신규한 액정 배향제인 폴리-m-페닐렌이소프탈아미드(poly-m-phenylene isophthalamide:PMIA) 고분자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, PMIA의 아미드 결합의 N 위치에 아르알킬기(aralkyl基)를 도입함으로서, 유기용매에 가용되어 액정배향막에 적용시, 뛰어난 액정배향성 및 액정 배향능을 가진 하기 화학식 1의 신규의 액정 배향제용 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)

[종래기술]

액정셀(liquid crystal cell)은 두 개의 기판과 그 사이에 액정이 주입되어 이루어진 액정 표시 소자의 구성품이다. 두 개의 기판 안쪽에는 화소(pixel)를 구성하는 투명전극(transparent electrode)이 있으며 그 위에 액정분자를 일정한 방향으로 배향시키기 위한 액정배향막이 형성되어 있다. 액정 디스플레이가 특정한 광학적 효과를 발휘하기 위해서는 액정분자들의 규칙적으로 정렬된 배향이 필요하고, 이를 위해서, 제조공정 중 배향막을 도포하여 특정한 처리를 실시하는 배향처리 과정이 필요하다. 기판에 형성된 배향막에 접촉된 액정 분자를 일정한 방향으로 정렬하게 하는 방법으로는 수직 배향방법과 수평 배향방법이 있다. 수직 배향방법은 SiOx등의 증착법, 실란(silane) 커플링제와 같은 계면 활성제의 도포 등에 의해서 액정을 기판표면에 대해서 실제적으로 수직되게 배향하는 방법이다. 수평배향방법은 실제적으로 기판에 대해서 액정이 수평으로 배향되도록 배향하는 방법으로, 산화규소(silicone oxide:SiO₂)의 경사증착법, 러빙법(rubbing method), 랑무어-블러게트법(Langmuir-blodgett method) 등이 알려져 있다. 현재 가장 흔한 배향방법은 러빙법으로, 폴리이미드(Polyimide:PI)와 같은 유기배향막을 기판에 도포한 후 러빙포로 문지르는 방식이 시행되고 있다. 이 러빙법은 보통 장쇄(long chain)형태의 고분자인 배향제(alignment material)를 기판 위에 얇게 도포하여 배향막으로 형성하고, 그 배향막의 표면을 레이온 천과 같은 부드러운 물질의 러빙포를 사용하여 일정한 방향으로 기계적 마찰을 하는 방법이다. 이 과정에서 고분자막 표면에는 러빙포의 마찰방향으로 수많은 미세홈들(microgrooves)이 생성되거나 한 방향으로 고분자가 배열하게 된다. 상기한 배향막의 표면에 형성된 미세홈들과 배향막의 고분자와 이 배향막에 접촉된 액정분자들과의 상호작용으로 액정을 배향하게 되는 것이다.

현재, 상기한 러빙법에 사용되는 배향막은 배향제어능력, 러빙성, 인쇄성, 화학적 안정성 등을 고려하여 다른 유기고분자 물질에 비하여 우수성이 확인된 폴리이미드계 재료가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 일반적으로 하기 화학식 2로 표시되는 폴리이미드계 고분자 배향막은 디아민(diamine)화합물과 산무수물(acidanhydride)을 용매 속에서 반응시켜 폴리아미드산(polyamic acid)을 합성하고, 상기한 폴리아미드산의 4∼8%용액을 기판에 도포하고, 경화로에서 180 내지 300℃로 소성하여 얻어진다.

그러나, 상기의 여러 장점에도 불구하고, 종래 폴리이미드의 경우는 러빙 처리에 의한 프리틸트각이 1° 이상으로, 모노 도메인 형성을 위한 전극 표면에서 1°이하의 저프리틸트각이 요구되는 IPS(In-Plane Swiching) 모드 등의 LCD 소자에는 부적합하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 유기용매에 가용되고, 뛰어난 액정배향성 및 액정 배향능을 가지며 러빙처리에 의해 저프리틸트각(0.5° 내지 1°)의 형성이 가능하여 IPS 모드 등의 LCD 소자에의 이용이 가능한 하기 화학식의 신규의 액정 배향제용 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 아로마틸 폴리아미드 고분자를 메탈화시키는 단계, 아르알킬할라이드(aralkyl halide)와 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 N-아르알킬 치환 아로마틱 폴리아미드 고분자를 제조하는 방법을 제공하며, 또한, 이 유도체를 유기용매에 용해하여 기판에 도포하여 형성한 N-아르알킬 치환 아로마틱 폴리아미드 고분자의 배향막을 러빙처리하여 소망의 저프리틸트각(1° 이하)을 얻을 수 있는 배향제를 제공하는 것이 가능하다.

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)

상기 아로마틱 폴리아미드 고분자는 PMIA(poly-m-isophthalamide)가 바람직하고 상기한 아르알킬기는 다음의 화학식 3-7로 이루어진 군에서 선택되는 아르알킬기가 바람직하고,

(상기 식에서, X는 할로겐 원자 중 Cl 또는 Br이고, Z는 H, CH₃, CN, OCH₃또는 CF₃을 나타낸다.)

특히, 벤질기가 바람직하다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 대표적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 대표적인 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 대표적인 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[대표적인 실시예]

하기 반응식 1과 같이 소듐하이드라이드(NaH)와 디메틸설폭시드(dlmethylsulfoxide, DMSO)를 반응시켜 메틸설피닐 카브애나이온을 생성시키고, 여기에 아로마틱 폴리아미드인 PMIA 고분자를 넣어, 이 고분자를 메탈화시킨 후 아르알킬할라이드와 12 내지 16시간 반응시켜 이 고분자의 주쇄의 아미드기의 질소 위치에 원하는 아르알킬기가 치환된 N-아르알킬 치환 고분자를 합성하였다.

상기 반응식에서, R은 아르알킬기를 나타내며, X는 Cl, Br을 나타낸다.

상기 반응은 고분자 반응임에도 불구하고 80% 이상의 고치환도와 78% 이상의 고수율을 나타내었으며, 상기 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자의 분석은 원소분석기, NMR, IR에 의해 확인하였다. PMIA 고분자는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetrahydro furan) 및 벤질알콜 등의 유기 용매에 용해성을 나타내지 않는 난용성 고분자이나, 상기 아르알킬기를 도입함으로써 가용성을 나타내었다.

상기 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자를 이용한 액장셀을 제조하여 액정의 특성평가를 하였다. 즉, 상기 N-아르알킬 치환 PMIA 고분자를 NMP 용매에 용융시킨 용액을 기판 위에 도포하고 소성한 후, 배향막을 형성하고 레이온 롤로 러빙 처리하여 1° 이하의 프리틸트각을 가진 기판을 얻게된다. 상기한 기판을 별도의 기판과 합착하여 액정패널을 형성한 후, 이 패널에 액정을 주입하져 제작한 cell을 편광현미경하에서 육안 관찰을 통한 액정 배향 상태를 확인한 결과, 폴리이미드와 유사한 뛰어난 액정 배향상태를 볼 수 있었다. 한편, N-아르알킬 치환 아르알킬 PMIA 고분자의 프리틸트각은 주로 1° 이하의 저프리틸트각을 나타내었으며, 벤질기의 경우는 0.5° 내지 1° 정도의 저프리틸트각을 나타내었고 어빙 처리시에도 IPS 모드에서 사용이 가능한 1° 이하의 저프리틸트각을 나타내었다.

따라서, 본 발명의 배향막을 채용하여 광시야각을 갖는 IPS 모드 액정셀을 제조할 수 있다. 본 발명의 유도체는 NMP, THF, DMSO 및 벤질알콜 등의 유기용매에 가용된다. 본 발명의 유도체로 제조된 배향막은 1° 이하의 저프리틸트 각을 제공함으로 광시야각을 제공하는 IPS 모드 액정 셀에 이용될 수 있다.

Claims

아로마틱 폴리아미드 고분자를 메탈화시키는 단계; 및 상기 메탈화된 아로마틱 폴리아미드 고분자를 아르알킬할라이드와 반응시키는 단계; 를 포함하는 하기 화학식 L의 N-치환 방향족 폴리아미드 고분자 유도체를 제조하는 방법.

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)
제1항에 있어서, 상기 아로마틱 폴리아미드 고분자가 폴리-m-페닐렌이소프탈아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 N-치환 방향족 폴리아미드 고분자유도체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 아르알킬할라이드는 다음의 화학식 3-7로 이루어진 군에서 선택되는 아르알킬할라이드인 N-치환 방향족 폴리아미드 고분자 유도체를 제조하는 방법.

[화학식 3]

(상기 식에서, X는 할로겐 원자 중 Cl 또는 Br이고, Z는 H, CH₃, CN, OCH₃또는 CF₃을 나타낸다.)
제3항에 있어서, 상기 아르알킬할라이드가 벤질할라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 N-치환 방향족 폴리아미드 고분자 유도체를 제조하는 방법.
아로마틱 폴리아미드 고분자를 메탈화시키는 단계; 상기 메탈화된 아로마틱 폴리아미드 고분자를 아르알킬할라이드와 반응시켜 하기 화학식 1의 가용성 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체를 제조하는 단계; 상기한 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체를 유기용매에 용해하여 배향액을 제조하는 단계;

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)

상기한 배향액을 기판에 도포하여 배향막을 형성하는 단계; 및 상기한 배향막에 배향을 실시하여 일정한 프리틸트각을 부여하는 단계로 구성되는 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 아로마틱 폴리아미드 고분가가 폴리-m-페닐렌디소프탈아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 아르알킬할라이드는 다음의 화학식 3-7로 이루어진 군에서 선택되는 아르알킬할라이드인 N-치환 방향족 폴리아마이드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.

(상기 식에서, X는 할로겐 원자 중 Cl 또는 Br이고, Z는 H, CH₃, CN, OCH₃또는 CF₃을 나타낸다.)
제7항에 있어서, 상기 아르알킬할라이드가 벤질할라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 유기용매가 NMP, DMSO, THF 및 벤질알콜로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 H-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기한 프리틸트각이 1° 미만인 것을 특징으로 하는 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체의 배향막 제조 방법.
하기 화학식 L의 가용성 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체.

[화학식 1]

(상기 식에서, R은 아르알킬기를 나타낸다.)
제5항의 N-치환 아로마틱 폴리아미드 고분자 유도체를 이용하여 형성된 액정배향제.