KR100812276B1

KR100812276B1 - 전폴리머 조성물 및 이를 이용한 고분자 분산 액정 복합막

Info

Publication number: KR100812276B1
Application number: KR1020060136860A
Authority: KR
Inventors: 양기정; 김강필; 최병대
Original assignee: (재)대구경북과학기술연구원
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-03-13

Abstract

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

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

Description

전폴리머 조성물 및 이를 이용한 고분자 분산 액정 복합막{Prepolymer formulation and 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 전폴리머 조성물과 액정 물질을 배합하였을 때의 상분리 거동 특성을 측정한 결과이다.

도 3은 본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막에 대한 투과율 측정 결과를 나타낸 것이다.

본 발명은 고분자 분산 액정 복합막(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)용 전폴리머 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 다관능기를 가지는 수지, 희석제, 가교제 및 개시제로 이루어지는 전폴리머 조성물과, 이를 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.

전기광학표시소자의 대표가 된 분자 액정을 이용한 표시소자는 전장에 의한 액정 분자의 재배열에 따른 광학적 변화를 이용하고 있고 저전력소비, 저전압구동인 동시에 소형, 박형, 경량인 것이 특징이다. 그러나 표시를 위해 2장의 편광판을 필요로 하기 때문에 어두운 시야각 특성을 가지는 문제가 있다.

이에 비하여 고분자 분산 액정 복합막은 종래의 액정표시소자와 비교해서 액정 기능을 유연한 필름 내에서 발휘시킬 수 있고 편광판을 필요로 하지 않는 광산란에 기초한 새로운 광 스위칭 모드이다. 그러므로 광 이용 효율을 비약적으로 향상시킬 뿐 아니라 대면적화가 가능해지는 등 액정만으로는 실현 불가능하였던 기능의 전개가 가능한 신규 디스플레이 재료로서 주목받고 있다.

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

그러나 상기의 고분자 분산 액정 복합막은 광 산란 작용이 완벽하게 발휘될 수 있는 소정의 두께 즉, 10μm 이상의 두께로 두껍게 제작될 경우, 그 두께에 비례한 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 산란 효과가 떨어져 대비비가 좋지 않게 되는 등의 문제점이 있다.

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

본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물은, 2이상의 작용기를 가지는 다관능성 수지 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량% 및 광개시제 0.1중량%~99중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 희 석제와 가교제는 1:99 내지 99:1의 조성비를 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 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 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 1이상이 될 수 있으며, 예컨대 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트 등을 들 수 있다.

본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 가교제는 1,6-헥사디올 디아크릴레이트, 및 1,6-헥산디올 디비닐 에테르로부터 선택되는 1이상이 될 수 있다.

본 발명에 따른 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 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물에 있어서, 상기 개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 및 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드로부터 선택되는 1이상이 될 수 있으며, 바람직하게는 상기 개시제의 혼합물, 더욱 바람직하게는 상기 개시제가 약 1:1의 비율로 배합된 혼합물이다.

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

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

본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막에 있어서, 상기 액정 물질은 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광이 산란되고, 전기장이 인가된 상태에서는 광이 투과된다.

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

<실시예 1~3>

본 실시예 1~3에서는 저점도의 사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트(Tetrafunctional polyester acrylate, Ebecryl810)와 가교제로 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol Diacrylate)(HDDA) 또는 1,6-헥산디올 디비닐 에테로(1,6-Hexanediol Divinyl Ether)(HDDVE), 그리고 희석제로 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate)(EHA) 또는 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트(3,5,5-Trimethylhexyl Acrylate)(TMHA)를 하기 표 1에 나타낸 중량비로 혼합한 후, 상기 성분에 개시제로 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스파인 옥사이드(2,4,6-Trimethylbenzoyl diphenylphosphine oxide)와 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one)이 50:50 중량비로 혼합된 것을 프로필렌 옥사이드(Propylene Oxide, PO)를 넣어 완전한 균일상으로 혼합하였다.

실시예 1~3의 각각의 조성물에 대한 성분 배합 비율은 하기 표 1에 정리하였다.

실시예	희석제/함량wt%	가교제/함량wt%	수지/함량wt%	개시제 함량wt%
1	EHA / 87wt%	HDDA / 2 wt%	Ebecryl 810 / 10 wt%	1 wt%
2	EHA / 87 wt%	HDDVE / 2 wt%	Ebecryl 810 / 10 wt%	1 wt%
3	TMHA / 87 wt%	HDDA / 2 wt%	Ebecryl 810 / 10 wt%	1 wt%

<실험예>

상기 실시예 1~3에서 제조된 전폴리머 조성물 즉, 광반응성 혼합물에 액정(TL205, 머크사)을 76wt%~92wt%의 비율로 첨가하여 혼합시킨 후, 각각의 상분리 거동 특성을 관측하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~3에 따른 전폴리머 조성물을 배합한 경우, 상분리 거동 특성은 기존의 물질과 비교하여 동일 액정 혼합상에서 상대적으로 높은 온도 특성을 나타내고 있다. 따라서, 실시예 1~3에 따른 전폴리머 조성물은 각종 광스위칭 소자나 응용 소자에 적용 시 상분리 온도가 높기 때문에 균일한 구적 크기(droplet size)의 소자를 구현할 수 있으며, 그 결과 구동 전압의 조절에도 유리하다.

상기 실시예 1~3에서 제조된 광반응성 혼합물 및 액정(80wt%)을 혼합하여 만든 혼합물에 입사강도 2.0mW/cm²의 UV광을 조사하여 통상적인 PIPS(polymerization induced phase separation) 방법에 의해 고분자 분산 액정 복합막을 제조하고, 투과율, 구동 전압 특성 및 대비비를 관측하였다. 이때, 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 고분자 분산 액정 복합막에 대한 투과율 측정 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막은 전압이 인가되면 광이 투과되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 고분자 분산 액정 복합막에 대한 구동 전압 및 대비비의 측정 결과는 하기 표 2에 정리하였다.

실시예	구동 전압	대비비
1	0.69 V/μm	19:1
2	0.84 V/μm	16:1
3	0.78 V/μm	17:1

상기 표 2의 결과에서 보는 바와 같이, 본 실시예들에 따른 고분자 분산 액정 복합막은 기존의 고분자 분산 액정 복합막과 비교하여 구동 전압이 낮고, 히스테리시스 특성이 우수하며, 또한 대비비 특성 역시 우수함을 알 수 있다.

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

본 발명에 따른 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

고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물로서,

다관능성 수지 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량% 및 광개시제 0.1중량%~99중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 희석제와 가교제는 1:99 내지 99:1의 조성비를 가지고,

상기 다관능성 수지는 2이상의 작용기를 가지는 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 1이상이며, 상기 가교제는 1,6-헥사디올 디아크릴레이트 및 1,6-헥산디올 디비닐 에테르로부터 선택되는 1이상이며, 상기 광개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 및 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물.
삭제
제1항에 있어서,

상기 희석제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물.
삭제
제1항에 있어서,

상기 광개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 및 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드가 1:1의 비율로 배합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물.
제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 의한 전폴리머 조성물과 액정 물질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막.
제6항에 있어서,

상기 전폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비는 1:99 내지 99:1 인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막.
제6항에 있어서,

상기 액정 물질은 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광이 산란되고, 전기장이 인가된 상태에서는 광이 투과되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막.