KR100957688B1 - 새로운 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이액정 조성물을 사용한 광학 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘을 함유하는 새로운 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 사용한 광학 필름에 관한 것이다. 보다 상세하게는 정면 대비 경사각의 콘트라스트 비를 향상시키고 암 상태(black state)에서의 시야각에 따른 칼라 변화를 최소화시킬 수 있는 고품질의 특성을 가지는 시야각 보상 필름의 액정 재료, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이로부터 제작된 보상 필름에 관한 것이다.

Description

새로운 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 사용한 광학 필름 {NOVEL LIQUID CRYSTAL COMPOUND, LIQUID CRYSTAL COMPOSITION COMPRISING THE SAME AND OPTICAL FILM USING THE SAME LIQUID CRYSTAL COMPOSITION}

도 1은 본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 보상필름을 사용한 경우 암 상태(black state)에서의 편광 현미경 사진이다.

본 발명은 실리콘을 함유하는 새로운 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 사용한 광학 필름에 관한 것이다. 보다 상세하게는 콘트라스트 비를 향상시키고 암 상태(black state)에서의 시야각에 따른 칼라 변화를 최소화 시킬 수 있는 고품질의 특성을 가지는 시야각 보상 필름의 액정 재료, 이를 포함하는 액정 조성물 및 이로부터 제작된 보상 필름에 관한 것이다.

최근 시계, 노트북, 핸드폰, 텔레비전 및 모니터 등의 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 무게가 가볍고 저소비 전력형 디스플레이에 대한 수요가 매년 급증하고 있다. 액정 표시 장치(LCD)는 무게가 가볍고 얇은 디스플레이 특성을 나타내고 소비전력이 적기 때문에 이와 같은 제품에 많이 응용되고 있다.

그러나, 액정 표시 장치는 시야각의 의존성 즉, 보는 방향이나 각도에 따라 색이나 명암 등이 변화하는 단점이 있다. 또한, 표시 화면이 대형화 될수록 시야각이 더욱 좁아지는 문제가 있다. 기존의 CRT 장치의 시야각이 거의 180°에 달하는 것에 비해 시야각 보정이 되지 않은 TFT-LCD의 경우 ±50° 밖에 되지 않는다.

이와 같은 문제를 개선하는 방법으로는 액정셀 내부에서 화소를 분할하여 배향을 제어하는 멀티도메인 방법, 전압을 제어하는 방법, 및 광학 보상 필름을 사용하는 방법 등이 알려져 있다.

액정 표시 장치에서 이러한 시야각 의존성이 생기는 원인은 패널에 대하여 비스듬하게 입사하는 빛의 복굴절 효과가 수직으로 입사 할 때와 다르기 때문인데, 이를 보정하기 위하여 패널과 반대의 복굴절율을 가지는 위상차 필름을 패널 앞뒤로 붙여서 사용하는 광학 보상 필름법이 주로 사용되고 있으며 디스플레이 패널의 대형화에 따라 보다 고성능의 액정 보상 필름이 요구되고 있다.

위상차 필름은 배향 처리를 한 투명한 지지체 위에 액정을 코팅하여 이를 배향층의 방향으로부터 일정 방향으로 배열한 후 경화시킨 것이다. 이때의 배열 상태는 전압 인가시의 액정 셀과 반대 방향으로 되므로 암 상태(black state)에서 빛의 누출을 최소로 한다. 이와 같은 특성을 가진 위상차 필름을 액정 패널과 조합시켜 빛을 통과시키면, 모든 방향에서 빛의 경로는 서로 비슷하므로 경로차에 의한 빛의 위상차를 보상시킬 수 있다. 또한, 각 필름의 복굴절 크기나 필름 간에 서로 이루어지는 각도, 러빙(rubbing) 방향이나 편광판 간의 각도 관계를 최적화하여, 상하 좌우 방향간의 복굴절 차의 보상도 포함하여 행할 수 있다.

이에 콘트라스트 비를 향상 시키고 암 상태(black state)에서의 시야각에 따른 칼라 변화를 최소화 시킬 수 있는 고품질의 특성을 가지는 시야각 보상 필름의 제조에 사용되는 신규 액정 화합물이 요구 된다.

본 발명은 콘트라스트 비를 향상시키고 암 상태에서의 시야각에 따른 칼라 변화를 최소화시킬 수 있는 시야각 보상 필름의 소재로 사용 가능한 새로운 화합물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 이러한 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이를 사용한 광학 필름을 제공하고자 한다.

본 발명은 실리콘을 함유하는 새로운 액정 화합물을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 실리콘을 함유하는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이를 사용한 광학 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따라 실리콘을 함유하는 새로운 액정 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, G¹은

또는

이며;

V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이며

X¹은 -O-, -NH-, C₁~C₁₂ 의 알킬렌, 또는 단일결합이며;

A¹은 C₁~C₁₂ 의 알킬렌, C₂~C₁₂ 의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_n-, -(CH₂CHCH₃O)_n-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_n- 이고, n은 1~5 사이의 정수이며;

W¹은 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, 또는 -C₆H₅이며;

Y¹은 -O-, -NH-, C₁~C₁₈ 의 알킬렌, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)-, 단일결합, -SiH₂-, -SiMe₂-, -SiEt₂-, -CH₂SiH₂-, -CH₂SiMe₂-, -CH₂SiEt₂-, -SiH₂CH₂-, -SiMe₂CH₂-, 또는 -SiEt₂CH₂-이며;

는

또는

이며;

는

또는

이며;

E¹은

,

,

또는

이며;

a, b 및 c는 각각 독립적으로 0~2 사이의 정수이며;

Q¹ 내지 Q⁸, 및 R¹ 내지 R⁴는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -OH, -CH₃, -CH₂CH₃, -CF₃, 또는 -C(=O)CH₃ 이며;

Z¹은 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CF₃, -CN, -OH, -OCH₃, -OCH₂CH₃, -OCF₃, C₁~C₁₂ 의 알킬, 또는 C₂~C₁₂ 의 알케닐이다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 액정 화합물로서 중합성(polymerizable) 화합물이다.

구체적으로, 본 발명의 액정 화합물은 메소젠 코어의 일측 말단에 치환기로서 중합성기를 도입한 화합물이다. 단, 메소젠 코어에 중합성기를 바로 연결시키면, 중합 반응에서 배향 상태를 유지하기가 어려워지므로, 상기 메소젠 코어와 중합성기의 사이에 연결기를 도입하고 있다.

상기 화학식 1에서, [환B]_b-Y¹-[환C]_c-[E¹]_a-Z¹은 메소젠 코어이고, G¹은 중합성기에 해당되며, Si-A¹-X¹은 연결기에 해당된다.

또한, 화학식 1로 표시되는 화합물에 Si가 도입됨으로써, 액정 화합물의 가공성이 향상될 수 있다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 다양한 액정 물질과 쉽게 혼합되고, 저온에서도 용해도가 높다. 또한, 액정 표시 장치가 통상으로 사용되는 조건 하에서 물리적, 화학적으로 안정할 뿐 아니라 열, 빛에 안정하고, 바람직한 온도 범위에서 액정 중간상을 형성할 수 있으므로 액정 조성물의 성분에 대한 우수한 재료가 될 수 있다. 또한, 종래 액정 조성물은 상온에서 결정으로 석출되는 경향이 있지만, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정 조성물은 상온에서 일주일 이상 보관하여도 이러한 석출 현상이 나타나지 않는다.

따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 여러 다양한 액정 표시 장치의 광시야각을 개선시켜 주는 광학 필름에 적용될 수 있는 액정 화합물이다.

상기 화학식 1에서, A¹의 C₂~C₁₂ 의 알케닐렌은 각각 독립적으로 -CH=CH-, -CH=CCH₃-, -CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CHCH₂-, 및 -CH₂CH₂CH₂CH=CH-로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에서, Z¹의 C₂~C₁₂ 의 알케닐은 -CH=CH₂, -CH=CHCH₃, -CH₂CH=CH₂, -CH=CHCH₂CH₃, -CH₂CH=CHCH₃, -CH₂CH₂CH=CH₂, -CH=CHCH₂CH₂CH₃, -CH₂CH=CHCH₂CH₃, -CH₂CH₂CH=CHCH₃, 및 -CH₂CH₂CH₂CH=CH₂로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 A¹이 알케닐렌이거나, 환 B, 환 C 및/또는 E¹이 시클로헥실렌이면, 화학식 1로 표시되는 화합물은 입체이성질체가 될 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 보다 자세하게 표현하면 하기 화합물들과 같으나, 본 발명에 따른 화합물은 하기 예시된 것들에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 반응식들은 예시적인 것일 뿐, 본 발명에 따른 화합물의 제조방법이 하기 반응식들에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 1]

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 2에 의해 제조될 수도 있다.

[반응식 2]

상기 반응식 1 및 반응식 2에서 G¹, X¹, W¹, E¹, Z¹, 환 B, 환 C, a, b, 및 c는 화학식 1에 정의한 바와 같고, n은 1~10 사이의 정수이다.

상기 반응식 1에서 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 에스테르화(esterification)하여 화학식 1로 표시되는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 상기 반응식 2에서 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 에스테르화하여 화학식 1로 표시되는 화합물을 합성할 수 있다. 에스테르화 반응 시에는 DCC(dicyclohexylcarbodiimide), EDC(1-ethyl-3-(3- (dimethylamino)propyl)carbodiimide), SOCl₂, COCl₂ 또는 MsCl(mesyl chloride) 등이 사용 될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 당업계에 알려진 통상의 시약이 사용될 수 있다.

이때, 상기 반응식 1에서 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 반응식 3에 의해 제조될 수 있으며, 상기 반응식 2에서 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 반응식 4에 의해 제조할 수 있다.

[반응식 3]

[반응식 4]

상기 반응식 3 및 반응식 4에서, L은 리빙기(leaving group)로서, 이의 비제한적인 예로는 할라이드, 메실레이트(-OSO₂CH₃) 또는 토실레이트(-OSO₂C₆H₄-p-CH₃) 등이 있으나 이에 한정하지 않는다. 또한, 상기 P¹과 P²는 각각 독립적으로 THP(tetrahydropyranyl), TBS(t-butyldimethylsilyl) 등과 같은 보호기(protecting group)로서, 이에 한정하지 않고 당업계에 알려진 통상의 보호기(protecting group)가 가능하다. 또한, G¹, X¹, W¹, 환 B 및 b는 화학식 1에 정의한 바와 같고, n은 1~10 사이의 정수이다.

상기 반응식 3 및 반응식 4에서 Li을 사용하는 리튬치환반응(lithiation)의 경우, 상기 Li 이외에도 예를 들면 BuLi과 같이 리튬치환반응을 수행할 수 있는 시약이면 특별히 한정하지 않고 사용될 수 있다. 또한, 탈보호(deprotection) 단계는 당업계에 알려진 통상의 시약을 사용하여 진행될 수 있다.

또한, 상기 반응식 3 및 반응식 4의 두번째 스텝(step)에서 반응물로 첨가되는 실리콘 유도체는 하기 반응식 5에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 5]

상기 반응식 5에서, X가 -O- 또는 -NH-이면 P는 P¹ 또는 P²이고, X가 C₁ ~ C₁₂의 알킬렌 또는 단일결합이면 P는 L이며, P¹, P² 및 L은 반응식 3 및 반응식 4에 정의한 바와 같다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법은 상기 반응식 1 내지 반응식 5와 유사한 경로에 의한 제조방법도 포함한다.

본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공한다.

본 발명의 액정 조성물은 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 추가로 포함할 수 있다.

[화학식 6]

상기 화학식 6에서, G¹ 및 G²는 각각 독립적으로

또는

이며;

V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이며;

X¹ 및 X²는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, C₁~C₁₂ 의 알킬렌, 또는 단일결합이며;

A¹ 및 A²는 각각 독립적으로 C₁~C₁₂ 의 알킬렌, C₂~C₁₂ 의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_n-, -(CH₂CHCH₃O)_n-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_n- 이고, n은 1~5 사이의 정수이며;

W¹ 및 W²는 각각 독립적으로 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, 또는 -C₆H₅이며;

Y¹ 및 Y²는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, C₁~C₁₈ 의 알킬렌, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)-, 단일결합, -SiH₂-, -SiMe₂-, -SiEt₂-, -CH₂SiH₂-, -CH₂SiMe₂-, -CH₂SiEt₂-, -SiH₂CH₂-, -SiMe₂CH₂-, 또는 -SiEt₂CH₂-이며;

는

또는

이며;

는

또는

이며;

는

또는

이며;

b, c 및 d는 각각 독립적으로 0~2 사이의 정수이며;

Q¹ 내지 Q¹²는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -OH, -CH₃, -CH₂CH₃, -CF₃, 또는 -C(=O)CH₃ 이다.

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 액정 화합물로서 2개의 중합성기를 갖는 중합성 화합물이다. 이와 같이 2개의 중합성기를 가진 액정 화합물을 사용함으로써 광학 필름의 제조시 액정 필름의 기계적 특성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 다양한 액정 물질과 쉽게 혼합될 수 있고, 저온에서도 용해도가 높다. 또한, 액정 표시 장치가 통상으로 사용되는 조건 하에서 물리적, 화학적으로 안정할 뿐 아니라 열, 빛에 안정하고, 바람직 한 온도 범위에서 액정 중간상을 형성할 수 있으므로 액정 조성물의 성분에 대한 우수한 재료가 될 수 있다.

상기 화학식 6에서, A¹ 및 A² C₂~C₁₂ 의 알케닐렌은 각각 독립적으로 -CH=CH-, -CH=CCH₃-, -CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CHCH₂-, 및 -CH₂CH₂CH₂CH=CH-로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물에서 A¹ 및/또는 A²가 알케닐렌이거나, 환 B, 환 C 및/또는 환 D가 시클로헥실렌이면, 화학식 6으로 표시되는 화합물은 입체이성질체가 될 수 있다.

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 보다 자세하게 표현하면 하기 화합물들과 같으나, 하기 예시된 것들에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 하기 반응식 6에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 6]

또한, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 하기 반응식 7에 의해 제조될 수도 있다.

[반응식 7]

상기 반응식 6 및 반응식 7에서, P는 보호기(protecting group)이고, G¹, G², X¹, X², W¹, W², 환 B, 환 C, 환 D, b, c 및 d는 화학식 6에 정의한 바와 같고, n은 1~10 사이의 정수이다.

상기 반응식 6에서, 화학식 2로 표시되는 화합물과 mono-protected acid 화합물을 에스테르화하고 탈보호(deprotection)한 후, 다시 에스테르화하여 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다. 또한, 상기 반응식 7에서, 화학식 4로 표시되는 화합물과 mono-protected 알코올 화합물을 에스테르화하고 탈보호(deprotection)한 후, 다시 에스테르화하여 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다. 에스테르화 반응 시에는 DCC, EDC, SOCl₂, COCl₂ 또는 MsCl(mesyl chloride) 등이 사용 될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 당업계에 알려진 통상의 시약이 사용될 수 있다.

한편, 상기 반응식 6에서, 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 2′로 표시되는 화합물이 같은 화합물인 경우에는, 보호기(protecting group)가 도입되지 않은 di-acid 화합물을 사용할 수 있다. 이 경우에는 화학식 2로 표시되는 화합물과 보호기(protecting group)가 도입되지 않은 di-acid 화합물을 2: 1의 당량비로 에스테르화하여 화학식 6으로 표시되는 화합물을 원-스텝 반응으로 제조할 수 있다. 마찬가지로, 상기 반응식 7에서도, 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 4′로 표시되는 화합물이 같은 화합물인 경우에는, 화학식 4로 표시되는 화합물과 보호기(protecting group)가 도입되지 않은 di-OH 화합물을 2: 1의 당량비로 에스테르 화하여 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다.

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 상기 반응식 6 및/또는 반응식 7과 유사한 경로에 의해 제조될 수도 있다.

본 발명의 액정 조성물에 포함되는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및/또는 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 입체 이성질체를 갖는 화합물일 수 있다. 이때, 입체이성질체를 갖는 화합물은 액정성을 나타내는 트랜스 이성질체가 바람직하며, 트랜스 이성질체(trans isomer): 시스 이성질체(cis isomer)의 비율은 85:15 ~ 100:0 일 수 있다.

상기 액정 조성물에 포함되는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전체 액정 조성물 중 0.1~99.9 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 1~80 중량% 포함될 수 있다. 또한, 상기 액정 조성물에 포함될 수 있는 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 전체 액정 조성물 중 0.1~99.9 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 1~80 중량% 포함될 수 있다.

본 발명의 액정 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 또는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물 이외에, 필요에 따라서 액정성을 방해하지 않고 혼합될 수 있는 각종 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물의 예로는 통상적인 액정 조성물에 사용되는 중합성 액정 화합물, 중합성 비액정 화합물, 또는 폴리머 등이 있으며, 그 조성 비는 목적에 따라 변화가 가능하다. 상기 중합성 화합물들은 비닐기, 비닐옥시기, 아크릴기, 또는 메타크릴기와 같은 중합성기를 갖는 화합물이 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물은 필요에 따라서 광반응 개시제를 첨가할 수 있다. 광반응 개시제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 벤조일에테르, 벤조일이소부틸에테르, 벤조일이소프로필에테르, 벤조페논, 아세토페논, 4-벤조일-4′-메틸디페닐설파이드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 3,3′-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메틸벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-메틸티오)페닐)-2-폴포리닐프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-폴포리노페닐)-부탄-1-온, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, Irgacure 계열 등이 있다. 또한, 광반응 개시제는 중합성 액정 화합물 100 중량부에 대해 0.001~20 중량부, 바람직하게는 0.01~10 중량부로 첨가될 수 있다.

또한, 본 발명의 액정 조성물에는 필요에 따라서 유기 용매가 포함될 수 있다. 액정 조성물에 유기 용매가 포함됨으로써, 액정 조성물을 필름과 같은 기재 상에 도포(코팅)하기가 용이해진다.

상기 유기 용매는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 시클로헥산, 시클로펜탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 부틸벤젠 등의 탄화수소류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 감마-부티로락톤 등의 에스테르류; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 클로로포름, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 케트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐류; t-부틸알콜, 디아세톤알콜, 글리세 린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 등의 알코올류; 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류; 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜다이메틸에테르, 에틸렌글리콜다이에틸에테르, 프로필렌글리콜다이메틸에테르, 프로필렌글리콜다이에틸에테르, 다이에틸렌글리콜다이메틸에테르, 다이에틸렌글리콜다이에틸에테르, 다이프로필렌글리콜다이메틸에테르, 다이프로필렌글리콜다이에틸에테르 등의 에테르류 등이 있다. 또한, 이들 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 사용량은 특별히 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 액정 조성물에는 필요에 따라서 계면활성제를 포함될 수 있다. 계면활성제는 기재 상에 액정 조성물의 도포를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 상기 계면활성제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있으며, 첨가량은 계면활성제의 종류, 액정 조성물의 구성 성분의 조성비, 용매의 종류, 기재의 종류에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 액정 조성물은 기타 첨가제로서 액정의 나선 구조 및 역방향 뒤틀림을 억제하는 카이럴 도펀드, leveling agent 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 액정 조성물은 통상 사용되는 기술로 제조될 수 있다. 전형적으로, 다양한 성분을 실온 내지 고온에서 서로 용해시켜 제조될 수 있다.

본 발명은 상기 본 발명에 따른 액정 조성물을 사용한 광학 필름을 제공한다.

본 발명의 광학 필름은 기재 상에 광학 이방성층인 액정 필름이 형성된 것으로서, 상기 액정 필름에서의 액정 배향 상태는 액정 조성물을 구성하는 중합성 액정 화합물 및 기타 다른 화합물을 적절히 선택함으로써 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 필름의 비제한적인 예로는 A-plate 형 보상 필름, B-plate 형 보상 필름, (+)C-plate 형 보상 필름, 또는 (-)C-plate 형 보상 필름 등이 있다.

본 발명의 광학 필름에서, 상기 기재는 그 표면에 액정 필름이 형성될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 이러한 기재로는 고분자 필름, 금속, 또는 유리 등이 있다.

상기 고분자 필름의 비제한적인 예로는, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리케톤설파이드, 폴리에테르술폰, 시클로올레핀폴리머, 폴리술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 아크릴 수지, 폴리비닐알콜, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 있으며, 이들은 일축 연신 필름, 이축 연신 필름일 수 있다. 또한, 상기 고분자 필름은 친수성 처리나 소수성 처리 등의 표면 처리된 것일 수 있고, 적층 필름일 수도 있다. 또한, 상기 금속의 비제한적인 예로는, 표면에 슬릿상의 홈이 있는 알루미늄, 철, 동 등이 있으며; 상기 유리의 비제한적인 예로는, 표면을 슬릿상으로 에칭 가공한 알칼리 글라스(glass), 붕소산 글라스, 프린트 글라스 등 이 있다.

또한, 상기 기재는 배향막이 형성된 것일 수도 있다. 상기 배향막 재료의 비제한적인 예로는, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜 등이 있다.

한편, 상기 기재들 중 일부는 액정 화합물을 배향할 수 있는 충분한 성능을 보여서 그 자체를 바로 사용할 수도 있지만, 배향 성능의 향상을 위해 러빙(rubbing), 연신, 편광 조사, 또는 비축면 광선 조사와 같은 처리 후 사용할 수도 있다.

여기서, 러빙 처리는 기재에 직접 실시되거나, 기재 상에 미리 배향막을 형성하고 그 배향막을 러빙 처리하여 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 광학 필름은 당업계에 알려진 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 일 예를 들면, 기재 상에 본 발명의 액정 조성물을 도포(코팅)하고, 건조하여 액정 화합물을 배향시킨 후, 상기 액정 화합물의 배향 형태를 유지하면서 경화 처리하여 배향 형태를 고정시킴으로써 본 발명의 광학 필름이 제조될 수 있다.

기재 상에 액정 조성물을 도포하는 것은 통상의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 이의 비제한적인 예로, 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 프린트법, 침지 인상법, 커튼 코팅법, 다이 코팅법, 딥 코팅법 등이 있다.

상기 건조 과정은 통상의 방법에 의해 이루어질 수 있고, 건조 시에 액정 화합물을 배향시키거나 또는 건조 후 추가적인 가열에 의해 액정 화합물을 배향시키게 된다. 건조 조건은 특별히 한정되지 않고, 액정 조성물에 사용한 유기 용매의 비등점 및 기재와 배향막의 재료를 고려하여 결정할 수 있으며, 가열하거나 실온, 또는 저온에서 서서히 건조시킬 수도 있다.

상기 경화 처리 과정은 도포(코팅)된 액정 조성물에 광선 조사 및/또는 열 처리하여 이루어질 수 있다. 이 과정에서 중합성 화합물의 중합성기에 의한 중합 반응이 일어나며, 액정 화합물은 배향이 고정된 상태로 기재에 결합되어 광학 이방성층인 액정 필름이 형성될 수 있다. 상기 경화 처리에 사용되는 광선의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 전자선, 자외선, 가시광선, 적외선 등일 수 있다. 또한, 열 처리의 조건은 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로 10~200 ℃에서 3초~30분 동안 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 광학 필름은, 또 다른 예를 들면, 박리성 필름 상에 액정 조성물을 도포하고, 건조한 후, 경화 처리하여 액정 필름을 형성하고, 상기 제조된 액정 필름을 점착제 또는 접착제를 이용하여 기재에 전사시켜 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 필름은 광학 보상 필름, 또는 상기 광학 보상 필름을 사용한 편광판으로 사용될 수 있으며, 이들은 액정 표시 장치에 설치될 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

TBSCl를 이용하여 4-bromophenol을 protection 한 뒤에 -78℃에서 1당량의 nBuLi을 이용하여 음이온을 만들고 여기에 실릴클로라이드 유도체를 넣어 주었다. 이어서, 상온에서 2.2 당량의 TBAF으로 deprotection 반응을 수행하고, 1 당량의 acryloyl chloride와 반응시켜서 상기 화합물 11을 제조하였다. 그리고, CH₂Cl₂ 용매 하에서 2 당량의 화합물 11과 1 당량의 4,4'-biphenyl dicarboxylic acid를 EDC를 이용하여 coupling 반응을 수행하였다. 상온에서 약 20시간 동안 교반한 후에 물과 CH₂Cl₂를 이용하여 work-up 하고 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 이용하여 백색 파우더의 화합물 12를 약 93% 수율로 얻었다. ¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.33 (s, 12H), 0.79~0.83 (m, 4H), 1.65~1.75 (m, 4H), 4.13 (t, 4H), 5.82 (d, 2H), 6.13 (dd, 2H), 6.41 (d, 2H), 6.95 (d, 4H), 7.25 (d, 4H), 7.59 (d, 4H), 8.34 (d, 4H).

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 14를 제조하였다. 그리고, CH₂Cl₂ 용매 하에서 1 당량의 화합물 13과 p-cyanobenzoic acid 1 당량을 EDC를 이용하여 coupling 반응을 수행하였다. 상온에서 약 20시간 동안 교반한 후에 물과 CH₂Cl₂를 이용하여 work-up 하고 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 이용하여 백색 파우더의 화합물 14를 약 90% 수율로 얻었다. ¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.28 (s, 6H), 0.76~0.79 (m, 2H), 1.29~1.45 (m, 6H), 1.60~1.72 (m, 2H), 4.15 (t, 2H), 5.82 (d, 1H), 6.12 (dd, 1H), 6.40 (d, 1H), 7.20 (d, 2H), 7.58 (d, 2H), 7.83 (d, 2H), 8.31 (d, 2H).

(실시예 3)

실시예 2에서 제조된 화합물 13을 사용하였다. 그리고, CH₂Cl₂ 용매 하에서 1 당량의 화합물 13과 1 당량의 acid를 EDC를 이용하여 coupling 반응을 수행하였다. 상온에서 약 20시간 동안 교반한 후에 물과 CH₂Cl₂를 이용하여 work-up 하고 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 이용하여 백색 파우더의 화합물 15를 약 95% 수율로 얻었다. ¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.24 (s, 6H), 0.72~0.75 (m, 2H), 0.89 (t, 3H), 0.93~1.29 (m, 9H), 1.30~1.49 (m, 8H), 1.49~1.61 (m, 2H), 1.61~1.70 (m, 2H), 1.70~1.81 (m, 4H), 1.81~1.91 (d, 2H), 2.22~2.30 (d, 2H), 2.39~2.52 (m, 1H), 4.14 (t, 2H), 5.81 (d, 1H), 6.12 (dd, 1H), 6.40 (d, 1H), 7.04 (d, 2H), 7.50 (d, 2H).

(실시예 4)

실시예 2에서 제조된 화합물 13을 사용하였다. 그리고, CH₂Cl₂ 용매 하에서 1 당량의 화합물 13과 p-methoxybenzoic acid 1 당량을 EDC를 이용하여 coupling 반응을 수행하였다. 상온에서 약 20시간 동안 교반한 후에 물과 CH₂Cl₂를 이용하여 work-up 하고 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 이용하여 백색 파우더의 화합물 16을 약 88% 수율로 얻었다. ¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.27 (s, 6H), 0.77~0.80 (m, 2H), 1.29~1.46 (m, 6H), 1.61~1.73 (m, 2H), 3.81 (s, 3H), 4.14 (t, 2H), 5.81 (d, 1H), 6.12 (dd, 1H), 6.41 (d, 1H), 7.21 (d, 2H), 7.56 (d, 2H), 7.74 (d, 2H), 8.26 (d, 2H).

(실시예 5: 액정 조성물 1)

하기와 같은 조성에 따라 액정 조성물 1을 제조하였다.

(실시예 6: 액정 조성물 2)

하기와 같은 조성에 따라 액정 조성물 2를 제조하였다.

(실시예 7: 액정 조성물 3)

하기와 같은 조성에 따라 액정 조성물 3을 제조하였다.

(실시예 8: +C type 보상 필름 제조)

실시예 5에 의해 제조된 9.28g의 액정 조성물 1을 15g의 toluene과 15g의 xylene에 용해시키고 600mg의 Irgacure 907 (2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinophenone)과 배향 촉진제로서 40mg의 FC-4430 및 leveler로서 80mg의 BYK-300을 넣고 잘 흔들어 주었다. 완전히 용해 시킨 뒤 particle filter를 이용하여 particle들을 제거 한 용액을 제조하였고, wire-bar를 이용하여 배향막이 처리 된 두께 80㎛의 연신 COP (cyclo-olefin polymer) 위에 상기 용액을 bar-coating 하였고, 50℃ oven에서 1분간 건조 후, UV (200W~80W/m)를 조사하여 +C type 보상 필름을 제조하였다.

(실시예 9: +C type 보상 필름 제조)

실시예 5에 의해 제조된 액정 조성물 1 대신에 실시예 6에 의해 제조된 액정 조성물 2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방법으로 +C type 보상 필름을 제조하였다.

(실시예 10: +C type 보상 필름 제조)

실시예 5에 의해 제조된 액정 조성물 1 대신에 실시예 7에 의해 제조된 액정 조성물 3을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방법으로 +C type 보상 필름을 제조하였다.

(비교예 1: +C type 보상 필름 제조)

실시예 5에 의해 제조된 액정 조성물 1 대신에 머크 RM257을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방법으로 +C type 보상 필름을 제조하였다. 코팅 건조 후 dewetting 현상이 발생하였고 경화 후 백탁하고 또한 균일도가 떨어지는 필름이 형성 되었다.

(보상 필름의 물성 측정)

상기 실시예 8 내지 실시예 10에 의해 제조된 +C type 보상 필름에 대한 두께 및 굴절율을 측정하였다.

구체적으로, 편광 현미경을 이용하여 필름의 코팅성 평가를 하였으며 micro-gage를 이용하여 두께를 측정하였고, Abbe 굴절계를 이용하여 중심 파장 550nm에서 복굴절율을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

보상 필름	두께 (㎛)	In-plane 굴절율(nxy)	Out-of-plane 굴절율(nz)	복굴절율 (Δn)
실시예 8	1	1.481	1.615	0.134
실시예 9	1	1.480	1.631	0.151
실시예 10	1	1.481	1.624	0.143

상기 표 1에 의하면, 본 발명의 액정 조성물을 사용하여 제조한 보상 필름은 코팅성이 우수하고, 경화 후 투명한 필름이 형성되며, 복굴절율(Δn) 값이 0.134 ~ 0.151 인 균일한 필름을 만들 수 있었다. 이때, 비교예 1에서 제조된 보상 필름은 표면의 품질(quality)이 나쁘기 때문에 필름의 두께 및 굴절율의 측정값이 일정하지 않았고, 측정된 데이터의 신뢰도가 낮아서 그 값의 기재를 생략하였다.

또한, 도 1은 실시예 8에 따라 제조된 보상 필름을 사용한 경우 암 상태(black state)에서의 편광 현미경 사진이다.

일반적으로, 보상 필름이란 암 상태에서의 빛샘을 방지하는 목적으로 사용하는 필름으로서, 암 상태에서의 black 상태가 contrast 및 시야각에 중요한 영향을 주기 때문에, pure black에 가까울수록 좋은 보상 필름이라고 할 수 있다. 따라서, 도 1과 같은 pure black 상태의 편광 사진으로부터 실시예 8에서 제조된 필름 표면의 품질(quality)과 배향 상태를 알 수 있으며, 또한 배향 상태가 우수하고 광학 보상 필름으로 사용하기에 적합함을 알 수 있었다.

본 발명에 따른 화합물 및 이를 포함하는 액정 조성물은 높은 굴절 이방성의 특성을 가진다. 그리고, 본 발명의 액정 조성물로부터 정면 대비 경사각의 콘트라스트 비를 향상시키고 암 상태(black state)에서의 시야각에 따른 칼라 변화를 최소화시킬 수 있는 고품질의 특성을 가지는 시야각 보상 필름을 제작할 수 있다.

Claims (15)

1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물.

   [화학식 1]

   

   상기 화학식 1에서, G¹은

   

   또는

   

   이며;

   V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이며

   X¹은 -O-, -NH-, C₁~C₁₂ 의 알킬렌, 또는 단일결합이며;

   A¹은 C₁~C₁₂ 의 알킬렌, C₂~C₁₂ 의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_n-, -(CH₂CHCH₃O)_n-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_n- 이고, n은 1~5 사이의 정수이며;

   W¹은 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, 또는 -C₆H₅이며;

   Y¹은 -O-, -NH-, C₁~C₁₈ 의 알킬렌, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)-, 단일결합, -SiH₂-, -SiMe₂-, -SiEt₂-, -CH₂SiH₂-, -CH₂SiMe₂-, -CH₂SiEt₂-, -SiH₂CH₂-, -SiMe₂CH₂-, 또는 -SiEt₂CH₂-이며;

   

   는

   

   또는

   

   이며;

   

   는

   

   또는

   

   이며;

   E¹은

   

   ,

   

   ,

   

   또는

   

   이며;

   a, b 및 c는 각각 독립적으로 0~2 사이의 정수이며;

   Q¹ 내지 Q⁸, 및 R¹ 내지 R⁴는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -OH, -CH₃, -CH₂CH₃, -CF₃, 또는 -C(=O)CH₃ 이며;

   Z¹은 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CF₃, -CN, -OH, -OCH₃, -OCH₂CH₃, -OCF₃, C₁~C₁₂ 의 알킬, 또는 C₂~C₁₂ 의 알케닐이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 A¹의 C₂~C₁₂ 의 알케닐렌은 -CH=CH-, -CH=CCH₃-, -CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CHCH₂-, 및 -CH₂CH₂CH₂CH=CH-로 이루어진 군에서 선택되 며; 상기 Z¹의 C₂~C₁₂ 의 알케닐은 -CH=CH₂, -CH=CHCH₃, -CH₂CH=CH₂, -CH=CHCH₂CH₃, -CH₂CH=CHCH₃, -CH₂CH₂CH=CH₂, -CH=CHCH₂CH₂CH₃, -CH₂CH=CHCH₂CH₃, -CH₂CH₂CH=CHCH₃, 및 -CH₂CH₂CH₂CH=CH₂로 이루어진 군에서 선택되는 것이 특징인 화합물.
3. 제1항에 있어서, 하기 반응식 1에 의해 제조되는 것이 특징인 화합물.

   [반응식 1]

   

   상기 반응식 1에서 G¹, X¹, W¹, E¹, Z¹, 환 B, 환 C, a, b, 및 c는 제1항에 정의한 바와 같고, n은 1~10 사이의 정수이다.
4. 제3항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 반응식 3에 의해 제조되는 것이 특징인 화합물.

   [반응식 3]

   

   상기 반응식 3에서, G¹, X¹, W¹, 환 B 및 b는 제1항에 정의한 바와 같고, L은 리빙기(leaving group)이고, P¹과 P²는 각각 독립적으로 보호기(protecting group)이고, n은 1~10 사이의 정수이다.
5. 제1항에 있어서, 하기 반응식 2에 의해 제조되는 것이 특징인 화합물.

   [반응식 2]

   

   상기 반응식 2에서 G¹, X¹, W¹, E¹, Z¹, 환 B, 환 C, a, b, 및 c는 제1항에 정의한 바와 같고, n은 1~10 사이의 정수이다.
6. 제5항에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 반응식 4에 의해 제조되는 것이 특징인 화합물.

   [반응식 4]

   

   상기 반응식 4에서, G¹, X¹, W¹, 환 B 및 b는 제1항에 정의한 바와 같고, L은 리빙기(leaving group)이고, P²는 보호기(protecting group)이고, n은 1~10 사이의 정수이다.
7. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정 조성물.

   [화학식 1]

   

   상기 화학식 1에서, G¹, X¹, A¹, W¹, Y¹, 환 B, 환 C, E¹, a, b, c 및 Z¹은 제1항에 정의한 바와 같다.
8. 제7항에 있어서, 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 특징인 액정 조성물.

   [화학식 6]

   

   상기 화학식 6에서, G¹ 및 G²는 각각 독립적으로 또는

   

   이며;

   V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이며;

   X¹ 및 X²는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, C₁~C₁₂ 의 알킬렌, 또는 단일결합이며;

   A¹ 및 A²는 각각 독립적으로 C₁~C₁₂ 의 알킬렌, C₂~C₁₂ 의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_n-, -(CH₂CHCH₃O)_n-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_n- 이고, n은 1~5 사이의 정수이며;

   W¹ 및 W²는 각각 독립적으로 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, 또는 -C₆H₅이며;

   Y¹ 및 Y²는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, C₁~C₁₈ 의 알킬렌, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)-, 단일결합, -SiH₂-, -SiMe₂-, -SiEt₂-, -CH₂SiH₂-, -CH₂SiMe₂-, -CH₂SiEt₂-, -SiH₂CH₂-, -SiMe₂CH₂-, 또는 -SiEt₂CH₂-이며;

   

   는

   

   또는

   

   이며;

   

   는

   

   또는

   

   이며;

   

   는

   

   또는

   

   이며;

   b, c 및 d는 각각 독립적으로 0~2 사이의 정수이며;

   Q¹ 내지 Q¹²는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -OH, -CH₃, -CH₂CH₃, -CF₃, 또는 -C(=O)CH₃ 이다.
9. 제7항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 입체 이성질체를 갖는 화합물은 트랜스 이성질체(trans isomer): 시스 이성질체(cis isomer)의 비율이 85: 15 ~ 100: 0 인 것이 특징인 액정 조성물.
10. 제8항에 있어서, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물 중 입체 이성질체를 갖는 화합물은 트랜스 이성질체(trans isomer): 시스 이성질체(cis isomer)의 비율이 85: 15 ~ 100: 0 인 것이 특징인 액정 조성물.
11. 제7항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전체 액정 조성물 중 1~80 중량% 포함되는 것이 특징인 액정 조성물.
12. 제8항에 있어서, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 전체 액정 조성물 중 1~80 중량% 포함되는 것이 특징인 액정 조성물.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 액정 조성물을 사용한 광학 필름.
14. 제13항에 있어서, 상기 광학 필름은 A-plate 형 보상 필름, B-plate 형 보상 필름, (+)C-plate 형 보상 필름, 또는 (-)C-plate 형 보상 필름인 것이 특징인 광학 필름.
15. 제13항의 광학 필름을 포함하는 액정 표시 장치.

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