KR100919922B1

KR100919922B1 - 바코팅을 이용한 배향 정도가 조절된 액정 고분자 필름의제조

Info

Publication number: KR100919922B1
Application number: KR1020080047667A
Authority: KR
Inventors: 송기국; 고혜진; 박선희
Original assignee: 경희대학교 산학협력단; 경기도
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2009-10-07

Abstract

액정 필름의 제조 방법에 있어서 배향막을 이용하지 않고 바 코팅 온도와 와이어 바의 이동 속도를 제어하는 것만으로 도포 액정의 수직 방향 또는 수평 방향 배향성을 효과적으로 조절하는 액정 필름의 도포·배향 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 액정 필름의 제조 방법은 배향막 제조와 러빙 공정이 필요 없으며, 대면적의 액정 필름 제조를 뒷받침할 수 있다.

바 코팅, 액정 고분자, 액정 필름

Description

바코팅을 이용한 배향 정도가 조절된 액정 고분자 필름의 제조{LIQUID CRYSTAL POLYMER FILM WITH CONTROLLED ORIENTATION PREPARED BY BAR COATING METHOD}

본 발명은 바 코팅에 의하여 고도로 배향된 액정 필름 특히 액정 고분자 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배향막을 사용하지 않고, 액정 필름에 일정한 온도와 바 코팅 속도로 바 코팅하여 액정 물질이 수직 또는 수평 방향으로 정렬된 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD;Liquid Crystal Display)는 투명 전도막이 코팅된 투명 기판 사이에 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터 정도의 두께로 액정 층을 만들어 외부에서 전기 신호로 전기장을 인가, 액정의 분자 배열을 제어하도록 구성되어 있다. 이때 액정 층이 전기장에 따라 그 배열이 변화될 때 편광 입사된 빛과 액정의 광학 이방성(異方性 anisotropy) 구조 사이의 상호작용을 통하여 빛의 투과량이 조절된다. 따라서 LCD의 성공적인 작동을 위해서는 액정이 편광된 빛의 개폐 역할을 잘 수행할 수 있도록 액정을 한쪽 방향으로 균일하게 배향시켜야 한다.

액정 필름이란 자체적으로 또는 지지체 위에서 필름 형상을 유지할 수 있는 액정 물질로 이루어진다. 비교적 저분자량의 액정 물질을 투명 기판 사이에 봉입하는 LCD와 달리, 일정한 분자량 이상의 고분자 액정 물질을 이용하면 이와 같이 필름 형상을 유지하는 액정 필름을 얻을 수 있다. 액정 고분자의 독특한 성질 중 하나는 유동 중에 배향이 쉽게 이루어지며 배향 완화 시간이 길기 때문에 그 배향이 고체 상태에서도 유지되도록 할 수 있다는 점이다. 이러한 액정 필름은 그 구성 액정 물질의 광학 특성, 배향 특성, 내열 특성 및 가공성에 따라 LCD의 약점인 제한된 시야각과 휘도 등을 극복하는 LCD 성능 향상용 부재, 예를 들어 LCD의 광 시야각 보상 필름, 칼라 보상 필름, 온도 보상 필름, 휘도 향상용 필름, 위상 지연 필름 등으로 쓰일 수 있다.

액정 필름의 제조에서는 액정 분자들이 특정한 배향(orientation)을 가지도록 하는 일이 매우 중요하다. 액정 분자를 균일하게 배향시킨다는 것은 액정 분자의 분자축(director)이 상기 액정 분자를 도포할 기재(substrate) 상에서 일정한 방향을 취하게 한다는 의미와 액정 분자의 분자축과 기재 표면이 이루는 각(선 경사각)을 일정하게 유지한다는 의미가 있다.

종래 기술에서는 기재 위에 액정 분자를 도포할 때 스핀 코팅(spin coating) 방법이 가장 흔히 쓰였다. 도 1a는 이러한 스핀 코팅 방법을 나타낸 모식도이다. 스핀 코팅 방법에서는 스핀 코터의 회전 속도(도 1a에서 ω), 온도, 액정 분자의 점성 등이 피복 두께에 영향을 미친다. 한편 액정 고분자의 도포 방법에는 와이어 바를 이용한 바 코팅 방법도 있는데, 도 1b는 이러한 바 코팅 방법을 나타내는 모식도이다. 그런데 스핀 코팅 방법에서는 넓은 면적의 기재 위에 액정 고분자를 도 포하는 데에는 한계가 있어, 액정 디스플레이의 대화면화를 지원하기 힘든 문제가 있다. 와이어 바를 이용한 바 코팅 방법에서는 와이어의 두께와 와이어 사이의 간격, 코팅 바의 이동 속도(shear rate) 등이 고른 피복과 피복 두께에 영향을 주는 중요한 요소이다.

스핀 코팅을 이용한 종래 기술 액정 필름 제조에서 액정의 배향은 폴리이미드(polyimide) 소재 등으로 이루어진 배향막(alignment layer) 기재에 액정 분자를 스핀 코팅 도포함으로써 이루어졌다. 이때 액정의 정렬을 위하여 배향막을 미리 천과 같은 소재로 일정한 방향으로 문지르는 처리, 즉 기계적 러빙(rubbing)을 실시하여 러빙 방향을 따라 미세 고랑(microgroove)을 형성하였다. 배향막 기재에 생긴 이 미세 고랑 방향을 따라 도포되는 액정 분자가 배향되었다. 이러한 기계적 러빙이 정렬 방법으로 가장 흔히 쓰였지만 이외에 광 배향 방법 등을 이용하기도 하였다. 이처럼 종래 기술에서 액정 배향막은 액정의 정렬에 필수적인 역할을 하는 액정 구동의 핵심재료로서, 배향막의 액정 배향특성 및 박막으로서의 전기적 특성은 액정 디스플레이의 표시 품질을 좌우한다.

그러나 폴리이미드 등의 고분자로 이루어진 배향막은 사용 환경, 사용 시간 등의 다양한 요인에 의하여 광 열화가 일어날 수 있고, 광 열화시 그 구성 재료가 분해하여, 배향하는 액정 필름의 성능에 문제(이를 테면 액정의 배향 얼룩)를 일으킬 수 있다. 특히 러빙 방법의 경우, 러빙 강도 조절의 어려움, 정전기 발생 및 먼지 발생 등의 문제점을 가지고 있어 최종 액정 디스플레이의 신뢰성을 떨어뜨린다. 이 때문에 액정 디스플레이 제조 공정에서 배향막 코팅 및 배향 처리는 공정 상 최대의 난제로 지목되고 있다. 러빙을 하지 않는 광 배향의 경우에도 적절한 배향막을 제조하는 까다로운 절차가 남아 있으며, 광 배향용 배향막의 경우도 러빙용 배향막과 마찬가지로 광 열화의 위험성에 여전히 노출되어 있다.

따라서 액정 디스플레이의 시야각 특성 개선을 위한 화소의 다분할화와 표시 성능 향상에 부응하기 위해서는 배향막 러빙이 필요 없는 새로운 액정 도포·정렬 기술의 개발이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배향막을 사용하지 않고 바 코팅만으로 액정 고분자의 도포와 배향 정렬을 이룰 수 있는 액정 필름의 제조 방법을 개발하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 측면에서는 와이어 바를 이용한 액정 물질의 도포·정렬 방법을 제공하는데, 이 방법은 i) 액정 물질이 준결정상(mesophase)을 이루는 온도 범위에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대한 와이어 바의 상대 이동 속도를 0 mm/s 초과, 10 mm/s 미만으로 하여 바 코팅하여,

상기 액정 물질의 장축을 상기 와이어 바의 이동 방향에 대하여 대략 수직하면서 상기 기재의 평면과 거의 나란하게 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 한 측면에서는 상기 ii) 단계에서 상대 이동 속도가 40 mm/s를 넘는 값으로 와이어 바를 이동시켜, 상기 액정 물질의 장축의 방향이 상기 와이어 바의 이동 방향과 거의 나란하고 상기 기재의 평면과 거의 나란하도록 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법도 제공한다.

본 발명의 다른 측면에서는 아울러 일정한 온도에서 와이어 바의 이동 속도 를 조정함으로써 액정 분자의 배향을 정렬하는 방법도 제공한다.

즉 i) 액정 물질이 준결정상(mesophase)을 이루는 온도 구간을 3등분하였을 때 가장 온도가 낮은 3등분 영역에 속하는 온도 하에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대한 와이어 바의 상대 이동 속도를 0 mm/s를 초과, 5 mm/s 미만으로 하여 바 코팅하여,

본 발명의 또 다른 한 측면에서는 상기 i) 단계의 상기 액정 물질의 도포 온도를 준결정상 온도 구간 중 가장 온도가 높은 3등분 영역에 속하는 온도로 하여액정 물질을 기재에 도포하는, 수평 방향 정렬된 액정 필름의 무배향막 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 액정 필름의 제조 방법에 따르면 배향막을 사용하지 않으면서 액정 고분자를 기재 위에 도포하면서 액정 고분자의 배향도 동시에 이룰 수 있으므로 제조 공정을 단순화하고, 제조 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 액정 필름 제조 방법은 또한 배향막 러빙에 따를 수 있는 액정 디스플레이 화질의 열화와 먼지 발생을 피할 수 있는 유리한 효과가 있다. 아울러 롤투롤(roll-to-roll) 공정이 가능하여 액정 디스플레이의 대면적화를 지원할 수 있는 특징을 지닌다.

본 발명은 와이어 바 코팅 조건을 변화하여 배향막을 사용하지 않고 액정 물질의 도포와 배향을 동시에 이룰 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 바 코팅 방법은 와이어 바를 이용하여 액정 물질이 준결정상(mesophase) 또는 액정 상태를 이루는 온도하에서, 액정 분자 또는 액정 고분자의 모노머인 액정 물질을 기재 위에 도포하고, 이어서 일정한 이동 속도를 가지는 와이어 바에 의하여 상기 도포된 액정 물질의 배향을 정렬하는 방법이다. 일반적인 바 코팅 방법은 도 2에 나타내었다.

본 발명에서 이러한 액정 분자 장축의 정렬은 와이어 바의 이동 방향, 편의상 전후 방향이라고 하면, 이 이동 방향에 나란하고 실질적으로 기재 평면 상에 놓이는 방향(수평 방향)인 전후 방향과, 혹은 이 이동 방향에 수직하면서 실질적으로 기재 평면 상에 놓이는 방향(수직 방향)인 상하 방향에 따라 일어난다.

수평 방향의 정렬을 위해서는 ㄱ)상대적으로 높은 도포 온도, 즉 준결정상을 이룰 수 있는 온도 구간을 3등분했을 때 가장 높은 구간에 속하는 온도를 이용하거나, ii) 상대적으로 빠른 와이어 바 이동 속도(shear rate)를 사용하면 된다.

반대로 수직 방향의 정렬을 위해서는 ㄱ)상대적으로 낮은 도포 온도, 즉 준결정상을 이룰 수 있는 온도 구간을 3등분했을 때 가장 낮은 구간에 속하는 온도를 이용하거나, ii) 상대적으로 느린 와이어 바 이동 속도(shear rate)를 사용하면 된다.

본 발명에서 상대적으로 높은 와이어 바 이동 속도는 액정 물질로 사용한 고 분자에 따라 달라질 수 있으나, 대체로 40 mm/s를 초과하는 이동 속도가 바람직하다. 바 코팅에 의하여 원활한 수평 정렬을 이룰 수 있는 한, 상기 상대적으로 높은 와이어 바 이동 속도 범위에서 상한값은 어떤 값이라도 무방하다. 굳이 상한값을 제시한다면, 통상적으로 시판되거나 제조할 수 있는 바 코터를 감안할 때대략 300 mm/s 정도가 될 것이다. 이 상한값을 넘는 와이어 바 이동 속도로 바 코팅을 한다면 과도한 열을 발생시켜 액정 분자를 변질시킬 우려가 있고, 에너지를 낭비하게 되어 경제성이 떨어진다. 다만 상기 300 mm/s은 가능한 속도 범위 상한값의 최고값이며, 바 코팅할 액정 고분자의 특성과 목표하는 피복의 성격에 따라 상기 300 mm/s보다 낮은 값을 택하여야 하는 경우도 있을 수 있다는 점은 당업자가 있어서 명확할 것이며, 통상적인 실험으로 쉽게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 수평 방향 정렬에서 와이어 바 이동 속도가 40 mm/s 미만인 경우는 액정 분자가 배향성을 잃게 된다. 따라서 상기 바람직한 범위, 40 mm/s 이상, 대략 300 mm/s 이하에서는 수직 방향에 대하여 수평 방향으로 높은 선택성을 가지고 액정 분자를 정렬할 수 있으며, 와이어 바의 이동에 따른 과도한 열 발생과 에너지 소모를 줄일 수 있어 바람직하다.

본 발명에서 상대적으로 느린 와이어 바 이동 속도는 액정 물질로 사용한 고분자에 따라 달라질 수 있으나, 대체로 0 mm/s를 초과하고 10 mm/s에 못 미치는 속도, 바람직하게는 0 mm/s 초과, 5 mm/s 이하인 속도로 설정한다. 이러한 와이어 바 이동 속도 범위에서는 수평 방향을 따라, 수직 방향에 대하여 높은 선택성을 가지고 액정 분자를 정렬할 수 있다. 와이어 바 이동 속도가 10 mm/s 를 초과하면 액정 분자가 배향성을 잃게 되며, 0 mm/s 미만인 경우는 고른 코팅이 이루어지지 못한다.

상기 상대적으로 빠른 속도와 느린 속도 사이의 중간 와이어 바 이동 속도에서는 액정 분자가 배향성을 잃는다. 특정한 이론에 구애받고자 하는 것은 아니지만, 이러한 현상은 낮은 유속에서 일어나는 액정 분자의 회전 운동에 따른 뒹굴기(rotational tumbling), 중간 정도의 유속에서 일어나는 앞뒤 흔듦 진동(oscillatory wagging), 높은 유속에서 일어나는 액정 유체의 유동 방향으로의 정렬(stationary aligning)이 각 유속 영역에서 우세한 운동이 되는 결과, 중간 유속 영역에서는 분자축(director)을 정렬시킬만한 움직임이 미약하기 때문으로 생각된다.

본 발명에 따른 바 코팅 방법에서 상기 40 mm/s 초과, 100 mm/s와 같은 와이어 바의 이동 속도는 기재가 고정한 채 와이어 바만 움직이는 방식, 와이어 바가 고정한 채 기재만이 움직이는 방식, 그리고 와이어 바가 기재와 함께 모두 움직이는 방식에 모두 적용할 수 있다. 따라서 본 발명에서 와이어 바의 이동 속도라고 함은 기재에 대한 와이어 바의 상대적 이동 속도로 이해하여야 한다. 액정 분자의 유변학적 거동에 영향을 미치는 것은 온도와 액정 유체의 흐름 속도인데, 이 흐름 속도는 기재가 움직이건, 와이어 바가 움직이건 상대적 이동 속도가 중요하기 때문이다.

한편 본 발명의 다른 측면에서는 도포 온도에 따라 액정 분자를 정렬하는 방법을 제공한다. 본 발명자들은 3등분 구간 중 가장 저온 구간에서는 바 코팅 방향 에 수직하게 정렬이 일어나며, 고온 구간에서는 수평 정렬이 일어나고, 중간 온도 영역에서는 상기 중간 이동 속도의 경우와 유사하게 액정 물질이 배향성을 잃는 것을 발견하였다.

본 발명에 쓰이는 액정 물질로는 특별한 제한이 없으며, 종래 기술에서 쓰이는 액정 물질이 두루 쓰일 수 있다. 액정 고분자의 모노머를 사용하여 고분자 액정 필름을 제조하는 경우, 특별한 제약이 있는 것은 아니며, 종래 기술에 따른 다양한 중합 방식과 경화 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 한 측면에서는 먼저 액정 고분자 모노머와 광 개시제를 함유한 유체를 기재에 도포한 다음, 자외선 등의 빛을 조사하여 고분자 모노머를 중합 또는 경화시키는 광 중합, 광경화성 모노머를 사용한다. 광 중합법은 가장 적합한 액정 상(phase)과 분자 배열을 선택할 수 있게 하고, 분자 구조 배합을 가능하게 하며, 안정한 이방성을 갖게 하는 장점이 있다.

이하, 실시예와 비교예를 참고하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다. 아래 실시예, 합성예 등은 본 발명을 예시로써 상세하게 설명하기 위한 것이며, 어떠한 경우라도 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아니다. 본 발명의 바 코팅에 의한 액정 고분자 필름의 제조 방법은 다음과 같다.

<실시예 1> 액정 필름의 제조

본 발명 실시예에서는 와이어 바를 이용한 바 코팅으로 액정 고분자의 모노머를 기재에 도포·정렬하고 광 중합법 (photo-polymerization)에 의하여 이 액정 모노머를 경화시켜 액정 필름을 제조하였다.

액정 고분자로 온도 전이형(thermotropic) 네마틱 고분자로서 광경화성이 있는 디아크릴레이트계 고분자인 1,4-디[4-3-아크릴오일옥시부틸옥시]벤조일옥시-2-아크릴벤젠(1,4-di(4-3-acryloyloxybutyloxy)benzoyloxy-2-acrylbenzene, 독일 BASF社의 등록상표 Paliocolor LC 242)를 이용하였다. 이 분자는 80~120℃에서 준결정상을 이룬다. LC 242에 광 개시제로 스위스 Ciba Specialty Chemicals社의 Irgacure 907을 2 중량%로 섞어 주었고, 이 혼합물을 용융시켜 액체 상태로 하였다.

이렇게 제조된 액정을 KBr 필름 기재(substrate) 위에 온도와 와이어 바 이동 속도(shear rate)를 변화시켜 가면서 4~10 ㎛로 바 코팅한 후, 자외선으로 1분 동안 경화시켜 액정 필름을 제조하였다. 본 실시예에서 바 코팅은 필름 기질을 고정시켜 둔 채, 코팅 바만 움직여 가며 이루어졌다.

<실시예 2> 도포 온도에 따른 액정 분자의 배향

와이어 바의 이동 속도를 5 mm/s로 하고, 도포 온도를 각각 80℃, 90℃, 100℃와 110℃로 하여 실시예 1에 따라 액정 필름을 제조하였다.

이어 이 액정 필름을 미국 Perkin Elmer社 푸리에 변환 적외선 분광광도계(FT-IR spectrophotometer)를 이용하여 편광 적외선 분광법(polarized IR)으로 액정 분자의 배향을 측정하였다. 적외선 분광 측정은 파수 범위 400~4000 cm^-1을 분해능 4 cm^-1로 하여 32회 주사(scanning)하여 관찰한다.

도 3a~3d는 각 온도별로 적외선의 흡광도를 기록한 극좌표 그래프이다. 원점으로부터의 거리는 고분자의 적외선 흡광도에 비례하는데, 세로축에 나타낸 것처럼 0.8~2.0 사이의 값을 나타낸다. 도 3a~3d에서 각도는 와이어 바 이동 방향과 편광판의 편광면이 이루는 편각으로서, 편광판을 15°간격으로 돌려가면서 측정하였다. 여기서 흡광도 측정이 이루어진 파수는 LC242 액정 모노머 속의 벤젠 고리 흡수선에 해당하는 1603 cm^-1이다. 해당 편각에서의 적외선 흡광도는 액정 분자 장축 배향과 편광판이 나란히 정렬했을 때 최대값이 되고, 편광판과 배향이 직교하면 최저값이 된다. 따라서 이로부터 액정의 배향 방향을 알 수 있다.

도 3a~3d를 통하여, 80과 90 ℃에서는 액정 고분자가 바 코팅 방향과 수직하면서 필름 기재면에 거의 나란한(혹은 포함되는) 방향으로 액정 분자가 배향되었다가, 110 ℃에서는 바 코팅 방향과 수평이고 필름 기재면에 거의 나란한 방향으로 배향되는 것을 알 수 있다. 중간 온도 영역인 100℃에서는 액정 분자의 배향에 방향성이 거의 없는 것을 볼 수 있다.

따라서 상대적으로 작은 상대 이동 속도로 바 코팅하는 경우에, 액정 분자가 준결정상을 이루는 온도 범위의 낮은 온도 영역에서는 와이어 바의 이동 방향 혹은 필름 기재의 이동 방향에 직교하는 방향으로 액정 분자가 정렬하고, 높은 온도 영역에서는 와이어 바의 이동 방향 혹은 필름 기재의 이동 방향에 나란하게 정렬한다는 것을 알 수 있다.

<실험예 1>

실시예 2에서는 적외선 분광법으로 액정의 배향을 측정하였는데, 이를 재차 확인하기 위하여 적외선 분광법을 이용하여 액정의 질서 파라미터를, 편광/위상차 필름 광특성장값을 이용하여 복굴절을 측정하였다. 복굴절 데이터에서의 값은 질서 파라미터와의 비교를 위하여 임의로 표시한 값이다.

도 4는 실시예 2의 시료에 대하여 도포 온도에 따른 질서 파라미터(order parameter) S(검은색 그래프)와 복굴절(birefringence) R(붉은색 그래프)를 측정한 그래프이다. 질서 파라미터 S와 복굴절 R은 아래 식으로 나타낼 수 있다. 여기서 A_∥는 코팅 바의 이동 방향과 나란한 방향에서 측정한 액정 고분자의 적외선 흡수도를 나타내고, A_┴는 코팅 바의 이동 방향과 수직한 방향에서 측정한 액정 고분자의 적외선 흡수도를 나타낸다. 한편 t는 액정 물질의 두께, λ는 그 빛의 파장, 그리고 Δn은 양 경로의 굴절률의 차이를 나타낸다.

도 4의 그래프에서 80~90℃의 온도 범위에서는 질서 파라미터의 값이 그다지 변화하지 않고 복굴절도 큰 음의 값을 가짐을 가져 일정한 배향을 가짐을 볼 수 있다. 이러한 액정의 배향은 100℃에서 복굴절과 질서 파라미터가 모두 0에 근접함으로써 사라지고, 110℃에서는 상기 80~90℃에서 반대 부호를 가지는 큰 값으로 증가하여 새로운 배향을 나타내는 것을 볼 수 있다.

이처럼 질서 파라미터와 복굴절 측정 결과로부터 실시예 2의 결론을 재확인할 수 있었다.

<실시예 3>

도 5는 액정 필름의 도포 온도를 90 ℃로 고정하고, 와이어 바의 이동 속도를 변화하여 가며 실시예 1에 따라 제조한 액정 필름의 편광 적외선 분광 스펙트럼이다. 도 5에서 붉은색과 검은색 그래프는 각각 적외선의 편광면과 와이어 바의 이동 방향이 이루는 각도를 나타낸다.

도 5에서 1603 cm^-1의 IR 흡수 피크를 보면 낮은 이동 속도인 1 mm/s~10 mm/s(도 5a~5c)에서는 바 코팅 방향과 수직으로 액정이 배향되었다가, 높은 이동 속도인 50 mm/s(도 5f)에서는 수평으로 배향되는 것을 알 수 있다. 또한 중간 속도 영역인 20 mm/s와 40 mm/s(도 5d, 5e)에서는 바 이동 방향에 평행 방향과 수직 방향 사이에 배향성의 차이가 거의 없는 것을 볼 수 있다.

이러한 현상은, 특정한 이론에 구애받고자 하는 것은 아니지만, 낮은 와이어 바의 이동 속도(도 5a~5c)에서는 액정 분자의 회전 운동에 따른 뒹굴기(rotational tumbling), 중간 정도의 이동 속도(도 5d~e)에서는 앞뒤 흔듦 진동(oscillatory wagging), 높은 이동 속도(도 5f)에서는 액정 유체의 유동 방향으로의 정렬(stationary aligning)이 일어나는 현상으로 설명할 수 있을 것이다.

이처럼 액정 분자의 준결정상 온도 하에서 와이어 바의 이동 속도를 조절함으로써 기재 상에 정렬하는 액정 분자의 배향을 용이하게 조절할 수 있다.

<실험예 2>

실험예 2는 실험예 1과 유사하게, 실시예 3의 시료에 대하여 와이어 바의 이 동 속도별로 질서 파라미터와 복굴절을 측정하였다. 도 6은 도 4와 유사하게 실험예 2에 따른 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 검은색과 붉은색 그래프의 설명은 도 4와 같다. 이것으로부터 액정의 배향 방향이 실시예 3의 적외선 스펙트럼으로부터 얻은 결론과 부합함을 알 수 있다.

<비교예 1>

스핀 코팅 도포와 배향막 러빙을 통하여 얻는 종래 액정 필름의 배향성과 본 발명을 비교하기 위하여 비교예 액정 필름을 제조하였다. 먼저 폴리이미드를 상온에서 3000 rpm으로 KBr 윈도우 위에 스핀 코팅한 다음, 기계적인 방법으로 러빙하여 배향막 기재를 제조하였다. 이 배향막 기재에 다시 액정 고분자 용액(30 중량% LC 242 액정을 사이클로헥산온에 녹인 용액)을 2500 rpm으로 스핀 코팅하여 1 ㎛ 두께인 액정 필름을 얻었다.

도 7은 비교예 1에 따라 제조한 액정 필름의 편광 적외선 스펙트럼이다. 1603 cm^-1부근의 흡수 피크를 볼 때 배향막을 러빙한 방향의 흡광도(검은색)가 러빙 방향에 수직한 방향의 흡광도(붉은색)보다 뚜렷하게 더 크며, 이로부터 액정 분자가 러빙에 의하여 생긴 미세 고랑을 따라 정렬하였음을 알 수 있다.

도 8은 도포 온도를 90 ℃, 와이어 바의 이동 속도를 1 mm/s 하여 본 발명의 방법에 따라 제조한 액정 필름의 편광 적외선 스펙트럼이다. 러빙한 방향을 따라 액정 분자가 정렬한 비교예 1(도 7)과 달리 도 8에서는 와이어 바의 이동 방향과 수직하게 액정 분자의 장축이 정렬하는 것을 볼 수 있다. 또한 액정 분자 피복층 의 두께를 고려할 때 수직과 수평 방향의 배향 선택성은 도 7과 도 8에서 대등한 수준으로 나타나는 것을 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 액정 필름의 제조 방법을 실시예를 통하여 비교하였는바, 본 발명에 따를 때 온도, 코팅 속도를 변화시키는 것만으로 액정 분자의 배향을 수직 또는 수평 방향으로 용이하게 정렬할 수 있다는 것을 확인하였다. 본 발명의 액정 필름 제조 방법은 배향막을 이용하지 않고도 종래 기술의 배향막을 이용한 액정 필름처럼 높은 배향성을 나타내었다.

이상과 같이 실시예를 이용하여 본 발명을 상세하게 기술하였다. 본 명세서 실시예에 나타난 구성은 본 발명의 바람직한 실시 태양 중 일부를 예시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원의 출원시에 있어 이러한 실시 태양을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있음을 밝혀 두는 바이다. 이러한 균등물과 변형예 역시 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함됨은 물론이다.

도 1a는 종래 기술에 따른 스핀 코팅에 의한 액체의 도포·피복 방법을 나타낸 모식도이다. 도 1b는 와이어 바를 이용한 바 코팅에 의한 액체의 도포·피복 방법을 나타낸 모식도이다.

도 2는 바 코팅에 의한 액체의 도포·피복 방법에서 기재의 장축 방향과 나란하게 코팅 바가 왼쪽으로 (혹은 코팅 바가 정지한 채 기재가 오른쪽으로) 이동하는 모습을 나타낸 그림이다.

도 3a부터 3d는 바 코팅시 도포하는 액정 고분자의 온도(밑에 표시)를 달리하였을 때, 얻은 액정 필름의 고분자 배향을 편광 적외선 분광법으로 측정한 극좌표 그래프이다. 원점으로부터의 거리는 고분자의 적외선 흡광도에 비례하는데, 세로축에 나타낸 것처럼 0.8~2.0 사이의 값을 나타낸다. 각도는 편광판의 편각 내지는 기재의 장축 방향을 나타낸다.

도 4는 도 3과 같은 조건으로 액정 필름을 제조하였을 때, 온도와 액정 고분자의 질서 파라미터 사이, 또는 온도와 액정 필름의 복굴절 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 붉은색과 검은색 그래프는 각각 복굴절과 질서 파라미터를 나타낸다.

도 5는 바 코팅 온도를 90℃로 하였을 때, 바 코터의 이동 속도별로 액정 고분자의 배향성을 측정한 그래프이다. 붉은색과 검은색 그래프는 각각 적외선의 편광면과 와이어 바의 이동 방향이 이루는 각도를 나타낸다.

도 6은 도 5의 시료에 대하여 질서 파라미터와 복굴절을 측정한 그래프이다. 붉은색과 검은색 그래프는 각각 복굴절과 질서 파라미터를 나타낸다.

도 7은 종래 기술에 따라 폴리이미드를 배향막으로 사용하여 스핀 코팅하여 얻은 광학 필름의 편광 적외선 분광 스펙트럼이다.

도 8은 본 발명의 방법에 따라 얻은 광학 필름의 편광 적외선 분광 스펙트럼이다.

Claims

와이어 바를 이용하여 기재상에 액정 물질을 도포하여 액정 필름을 제조하는 방법에 있어서,

i) 상기 액정 물질이 준결정상(mesophase)을 이루는 온도 범위에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대한 와이어 바의 상대 이동 속도를 0 mm/s 초과, 10 mm/s 이하로 하여 바 코팅하여,

상기 액정 물질의 장축을 상기 와이어 바의 이동 방향에 대하여 수직하면서 상기 기재의 평면과 나란하게 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 액정 물질은 네마틱 디아크릴레이트계 액정 고분자의 모노머인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 액정 고분자의 모노머는 1,4-디(4-3-아크릴오일옥시부틸옥시)벤질옥시-2-아크릴벤젠(1,4-di(4-3-acryloyloxybutyloxy)benzoyloxy-2-acrylbenzene)이고, 상기 온도 범위는 80℃~120℃이며,

상기 ii) 단계에서 기재는 정지한 채로 와이어 바가 이동하며,

상기 와이어 바의 상대 이동 속도는 1~5 mm/s인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 온도 범위는 80℃~90℃인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
와이어 바를 이용하여 기재상에 액정 물질을 도포하여 액정 필름을 제조하는 방법에 있어서,

i) 상기 액정 물질이 준결정상을 이루는 온도 범위에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대하여 와이어 바를 40 mm/s를 초과하는 상대 이동 속도로 움직임으로써 바 코팅하여,

상기 액정 물질의 장축의 방향이 상기 와이어 바의 이동 방향과 나란하고 상기 기재의 평면과 나란하도록 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제5항에 있어서,

상기 액정 물질은 네마틱 디아크릴레이트계 액정 고분자의 모노머인 것을 특 징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 액정 고분자의 모노머는 1,4-디[4-3-아크릴오일옥시부틸옥시]벤조일옥시-2-아크릴벤젠(1,4-di(4-3-acryloyloxybutyloxy)benzoyloxy-2-acrylbenzene)이고, 상기 온도 범위는 80℃~120℃이며,

상기 ii) 단계에서 기재는 정지한 채로 와이어 바가 이동하며,

상기 와이어 바의 상대 이동 속도는 50~80 mm/s인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 온도 범위는 110℃~120℃인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
와이어 바를 이용하여 기재상에 액정 물질을 도포하여 액정 필름을 제조하는 방법에 있어서,

i) 상기 액정 물질이 준결정상(mesophase)을 이루는 온도 구간을 3등분하였을 때 가장 온도가 낮은 3등분 영역에 속하는 온도 하에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대한 와이어 바의 상대 이동 속도를 0 mm/s를 초과, 5 mm/s 미만으로 하여 바 코팅하여,

상기 액정 물질의 장축을 상기 와이어 바의 이동 방향에 대하여 수직하면서 상기 기재의 평면과 나란하게 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 액정 물질은 네마틱 디아크릴레이트계 액정 고분자의 모노머인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제10항에 있어서,

상기 액정 고분자의 모노머는 1,4-디[4-3-아크릴오일옥시부틸옥시]벤조일옥시-2-아크릴벤젠이고, 상기 가장 온도가 낮은 3등분 영역에 속하는 온도는 80℃~90℃이며,

상기 ii) 단계에서 기재는 정지한 채로 와이어 바가 이동하는 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
와이어 바를 이용하여 기재상에 액정 물질을 도포하여 액정 필름을 제조하는 방법에 있어서,

i) 상기 액정 물질은 준결정상(mesophase)을 이루는 온도 구간을 3등분하였을 때 가장 온도가 높은 3등분 영역에 속하는 온도 하에서, 상기 액정 물질을 함유한 도포액을 기재에 도포하는 단계; 및

ii) 상기 액정 물질이 도포된 기재에 대한 와이어 바의 상대 이동 속도를 0 mm/s를 초과, 5 mm/s 미만으로 하여 바 코팅하여,

상기 액정 물질의 장축의 방향이 상기 와이어 바의 이동 방향과 나란하고 상기 기재의 평면과 나란하도록 정렬하는 단계를 포함하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 액정 물질은 네마틱 디아크릴레이트계 액정 고분자의 모노머인 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 액정 고분자의 모노머는 1,4-디[4-3-아크릴오일옥시부틸옥시]벤조일옥시-2-아크릴벤젠이고, 상기 가장 온도가 높은 3등분 영역에 속하는 온도는 110℃~120℃이며,

상기 ii) 단계에서 기재는 정지한 채로 와이어 바가 이동하는 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.
제1항, 제5항, 제9항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정 필름의 무배향막 제조 방법은

iii) 바 코팅을 마친 기재 상의 액정 물질에 빛을 조사하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 필름의 무배향막 제조 방법.