KR100812275B1

KR100812275B1 - 전폴리머 조성물 및 이를 이용한 역방식 고분자 분산 액정복합막

Info

Publication number: KR100812275B1
Application number: KR1020060136858A
Authority: KR
Inventors: 양기정; 김병규; 김대환; 우성호; 김강필; 최병대
Original assignee: (재)대구경북과학기술연구원
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-03-13

Abstract

본 발명은 역방식 고분자 분산 액정 복합막(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)용 전폴리머 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 다관능기를 가지는 수지, 희석제, 및 개시제와 선택적으로 추가되는 가교제가 일정 비율로 배합됨으로써, 역방식 고분자 분산 액정 복합막의 지지체로 이용하였을 때, 낮은 구동 전압과 높은 대비비 등 우수한 동작 특성을 구현할 수 있다.

역방식, 고분자 분산 액정 복합막, 전폴리머 조성물, 액정, 희석제, 가교제, 개시제, 지지체, 저전압구동, 고대비비

Description

전폴리머 조성물 및 이를 이용한 역방식 고분자 분산 액정 복합막{Prepolymer formulation and reverse mode polymer dispersed liquid crystal using the same}

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 고분자 분산 액정 복합막의 전압 유무에 따른 빛의 투과 및 산란 상태를 나타내는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 역방식(reverse mode) 고분자 분산 액정 복합막에 대한 투과율 측정 결과를 나타낸 것이다.

본 발명은 역방식 고분자 분산 액정 복합막(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)용 전폴리머 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 다관능기를 가지는 수지, 희석제, 및 개시제와 선택적으로 추가되는 가교제로 이루어지는 전폴리머 조성물과, 이를 역방식 고분자 분산 액정 복합막의 지지체로 이용함으로써 낮은 구동 전압과 높은 대비비 등 우수한 동작 특성을 구현할 수 있는 고분자 분산 액정 복합막에 관한 것이다.

고분자 분산 액정 표시장치인 고분자 분산 액정 복합막은 고분자 물질이 기지 내에 분산된 미세한 액정 방울들이 외부에서 인가되는 전압에 반응하여 산란 또는 투과의 형태로 정보를 표시하는 디스플레이이다.

기존의 고분자 분산 액정 복합막은 무전계에서 산란, 전계에서 투과인 반면, 역방식은 무전계에서 투과, 전계에서 산란의 형태를 나타낸다.

고분자 분산 액정 복합막 소자내의 액정 분자와 고분자는 상 분리를 일으켜 고분자 망 사이에 작은 액정 방울을 형성하게 되는데, 도 1의 (b)에서 보는 바와 같이 역방식에서는 이 액정 방울 내의 액정 분자들이 한 방향으로 정렬하여 고분자의 굴절률과 같아지게 되고 그 결과 입사되는 빛은 시편을 투명하게 투과하는 한편, 전장(전압)이 인가되면 액정 방울 내의 액정 분자들이 임의의 방향으로 배열하게 되어 액정 방울의 유효 굴절률과 고분자의 굴절률 사이에 차이가 발생하고, 그 결과 입사되는 빛은 불투명하게 산란되는(도 1의 (a)와 같은 정방식의 경우 반대임) 등 역방식의 고분자 분산 액정 복합막은 전압의 유무에 따라 빛이 투과되는 상태와 산란되는 두 상태에서 디스플레이가 구동된다.

그러나 상기의 역방식 고분자 분산 액정 복합막은 광 산란 작용이 완벽하게 발휘될 수 있는 소정의 두께 즉, 10μm 이상의 두께로 두껍게 제작될 경우 그 두께에 비례하여 높은 구동 전압이 인가되어야 하므로, 화면 소자로 사용하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 한편, 적절한 구동 전압의 인가를 위해 액정 표시 장치의 두께를 낮추게 되면 구동 전압은 적절하게 낮출 수 있으나 광의 산란효과가 떨어져 대비비가 좋지 않게 되는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다관능기를 가지는 수지, 희석제 및 개시제와 선택적으로 추가되는 가교제가 일정 비율로 배합됨으로써, 역방식 고분자 분산 액정 복합막의 지지체로 이용하였을 때, 낮은 구동 전압과 높은 대비비 등 우수한 동작 특성을 구현할 수 있는, 전폴리머 조성물 및 이를 이용한 역방식 고분자 분산 액정 복합막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물은, 2이상의 작용기를 가지는 다관능성 수지 0.5중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량% 및 광개시제 0.5중량%~70중량%를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서 각 조성성분의 함량이 상기와 같은 일정 비율로 배합이 되지 아니하면, 액정 복합막의 지지체의 특성 저하로 구동 전압이 높아지고 대비비가 떨어져 디스플레이로의 구현이 어렵게 된다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 희석제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 스터릴 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 페녹시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 및 3,5-디플루오로벤질 아크릴레이 트로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상이 될 수 있다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 다관능성 수지는 2이상의 작용기를 가지는 아크릴레이트 유도체 화합물이 될 수 있으며, 예컨대 폴리에스테르 아크릴레이트를 들 수 있다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 디페닐 2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드, 및 2,2-디메톡시 2-페닐아세토페논로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상이 될 수 있다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 조성물은 가교제를 더 포함할 수 있다. 이 때 가교제는 본 발명의 효과를 달성할 수 있는 것이면 특별한 제한 없이 어느 것이나 사용가능하며, 대표적으로 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막은, 상기 전폴리머 조성물과 액정 물질을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막에 있어서, 상기 전폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비는 1:99 내지 99:1이다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막에 있어서, 상기 액정 물질 은 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광이 투과되고 전기장이 인가된 상태에서는 광이 산란된다.

이하 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 구체화 하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1~8>

본 실시예 1~8에서는 저점도의 다관능기 폴리에스테르 아크릴레이트(Ebecryl810)와 가교제로 3가 아크릴레이트인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)와 희석제로 2-에틸 헥실 아크릴레이트(EHA)를 하기 표 1의 중량비로 혼합한 후, 상기 성분에 개시제로 2-하이드록시-2-메틸-1페닐 프로판-1-온(HMPPO)을 넣어 완전한 균일상으로 혼합하였다. 실시예 3~7에서는 혼합물을 제조한 뒤 여기에 추가적으로 개시제를 30중량%, 40중량%, 50중량%의 함량으로 다시 첨가하였다.

이렇게 준비된 전폴리머 조성물 즉, 광반응성 혼합물에 음액정 물질(MJ001327, 머크사)을 70중량%로 첨가하여 혼합시켰다. 이 때 액정과 광반응성 혼합물이 균일상이 되도록 실온보다 약간 높은 온도에서 혼합하였다. 이렇게 만들어진 혼합물에 입사강도 1.5mW/cm²의 UV광을 조사하여 통상적인 PIPS(polymerization induced phase separation) 방법에 의해 역방식 고분자 분산 액정 복합막을 제조하였다.

실시예	광반응성 혼합물(wt%)		HMPPO⁴(wt%)	셀 갭(μm)	조성물/액정 (wt%)
1	Ebecryl810¹/TMPTA²/EHA³	10/8/81	1	10	30/70
		10/10/79	1
2
3			1(+30) 1(+40)	10
4
5			1(+50)	4.2 7.9 10
6
7
8		10/12/77	1	10

1. Ebecryl810 : 다관능기 폴리에스테르 아크릴레이트

2. TMPTA : 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트

3. EHA : 2-에틸 헥실 아크릴레이트

4. HMPPO : 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판-1-온

위에서의 방법으로 제조된 역방식 고분자 분산 액정 복합막을 633nm의 He-Ne 레이져빔으로 투과율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이 때, 투과율은, 아무것도 주입되지 않은 빈 셀을 통과시킨 He-Ne 레이져 빔의 세기로 실제 샘플 셀을 통과해 나온 빔의 세기를 나눈 값이다. 또한, 구동 전압은 투과율이 90%에서 10%로 감소할 때의 전압의 세기이다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막 가운데 개시제의 함량이 31중량%~51중량%인 실시예 3, 4, 및 7에 대한 투과율 측정 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막은 전압이 인가되면 광이 산란되고, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 광이 투과되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막에 대한 구동 전압 및 투과율의 측정 결과를 하기 표 2에 정리하였다.

실시예	투과율(%)		구동 전압(V)
실시예	전압부인가 (off)	전압인가 (on)	구동 전압(V)
1	20	11	25
2	66	12.5	25
3	69	12.9	15
4	73	12.6	15
5	99	36	10
6	98	32	10
7	94	21	10
8	77	73	25

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막의 투과율은 액정의 상굴절율(1.49)과 유사한 굴절율을 가진 성분을 선택, 조성을 변화시킴에 따라 지지체의 가교 밀도 증가로 액정 구적(droplet)의 크기가 감소하여 초기 투과율이 증가하였다. 그러나 작은 액정 구적은 구동 전압을 증가시킨다. 본 발명자들은 입자가 작으면서도 구동 전압의 증가를 억제하기 위하여 개시제의 함량을 증가시킴으로써 중합도를 낮추어 지지체의 탄성율을 감소시켰다. 이렇게 감소된 탄성율은 지지체와 액정 계면간의 배향 규제력(Anchoring energy)을 감소시킴으로써 작은 액정 구적임에도 불구하고 구동 전압을 낮출 수 있다. 또한 셀 갭이 감소함에 따라 초기 투과율은 증가하나, 액정의 밀도가 감소하여 대비비는 감소하였다.

<실시예 9~15>

본 실시예 9~15에서는 가교 밀도를 제어하여 액정의 크기를 최적화하기 위해 다관능기의 아크릴레이트 대신 이관능기의 아크릴레이트(트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트)와 희석제 2-에틸 헥실 아크릴레이트를 혼합하고 상기 실시예 1~8에서와 같은 방법으로 역방식 고분자 분산 액정 복합막을 제조하였다.

실시예 9~15의 조성 성분 및 배합비율은 하기 표 3에 나타내었다.

실시예	광반응성 혼합물(wt%)	HMPPO³(wt%)	셀 갭(μm)	조성물/액정 (wt%)
9	TPGDA¹/EHA² = 3/1	1 20 30 40 50	10	40/60
10
11
12
13
14		60	10 4.2
15

1. TPGDA : 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트

　2. EHA : 2-에틸 헥실 아크릴레이트

　3. HMPPO : 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판-1-온

위에서의 방법으로 제조된 역방식 고분자 분산 액정 복합막의 개시제의 함량과 셀 갭에 따른 투과 효율 및 구동 전압은 하기 표 4에 나타내었다.

실시예	투과율(%)		구동 전압(V)
실시예	전압부인가 (off)	전압인가 (on)	구동 전압(V)
9	22	9.7	20
10	24	7.8	20
11	70	6.6	15
12	70	6.4	10
13	71	6.6	10
14	80	4.2	10
15	90	21	10

상기 표 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 역방식 고분자 분산 액정 복합막은, 지지체의 막조성 및 구조제어, 개시제 함량의 변화를 통해 메트릭스 고분자를 광기능화하여 고대비비, 저전압구동의 고분자 분산 액정 복합막 제조가 가능함을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전폴리머 조성물은, 지지체의 막조성 및 개시제 함량을 변화시켜 가교밀도와 중합도를 제어함으로써 액정과 지지체간의 상분리 속도 및 상호작용을 조절하여 우수한 전기광학적 특성을 나타내는 역방식 고분자 분산 액정 복합막을 제작할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전폴리머 조성물을 사용한 역방식 고분자 분산 액정 복합막은, 높은 대비비와 낮은 구동 전압 등 우수한 물성을 갖는다.

본 발명에 따른 역방식 고기능성 고분자 분산 액정 복합막은 광학 기기 및 윈도우 등 일상 생활에 광범위하게 응용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물로서,

다관능성 수지 0.5중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 광개시제 0.5중량%~70중량% 및 가교제를 여분으로 포함하여 이루어지며,

상기 다관능성 수지는 2이상의 작용기를 가지는 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 스터릴 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 페녹시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 및 3,5-디플루오로벤질 아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상이며, 상기 광개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 디페닐 2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드, 및 2,2-디메톡시 2-페닐아세토페논으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상이며, 상기 가교제는 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 및 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 역방식 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물.
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제1항에 의한 전폴리머 조성물과 액정 물질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역방식 고분자 분산 액정 복합막.
제7항에 있어서,

상기 전폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비는 1:99 내지 99:1인 것을 특징으로 하는 역방식 고분자 분산 액정 복합막.
제7항에 있어서,

상기 액정 물질은 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광이 투과되고 전기장이 인가된 상태에서는 광이 산란되는 것을 특징으로 하는 역방식 고분자 분산 액정 복합막.