KR100994977B1 - 위상차 필름, 그 제조방법 및 위상차 필름을 포함하는편광판 - Google Patents

위상차 필름, 그 제조방법 및 위상차 필름을 포함하는편광판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노르보르넨을 포함하는 중합체로 형성된 배향막을 이용하여 필름의 진행방향과 광축이 이루는 각을 임의로 조절가능하며, 열적 안정성 및 광반응속도가 개선된 위상차 필름, 그 제조방법 및 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판에 관한 것이다. 기재, 기재상에 형성된 노르보르넨을 포함하는 중합체로 형성된 배향막 및 상기 배향막상에 액정물질로 형성된 배향막 고정층을 포함하여 이루어지는 위상차 필름; 기재에 노르보르넨을 포함하는 중합체 용액을 코팅 및 건조하여 막을 형성하는 단계, 상기 막에 필름 진행방향에 대하여 일정한 방향으로 배향성을 갖도록 선편광된 자외선을 조사하여 배향막을 형성하는 단계, 배향막위에 네마틱 액정용액을 코팅 및 건조시켜 액정층을 형성하는 단계, 및 상기 액정층을 경화시켜 액정의 배향을 고정하는 단계를 포함하는 위상차 필름 제조방법; 및 상기 위상차 필름과 편광필름이 적층된 편광판이 제공된다. 본 발명에 의한 위상차 필름은 열적안정성 및 광반응 속도가 개선되며, 편광된 자외선 조사에 의하여 위상차 필름의 광축이 필름의 진행 방향에 대하여 원하는 임의의 배향각을 갖는 위상차 필름으로 제조할 수 있다.
폴리노르보르넨, 배향막, 위상차 필름, 배향각, 자외선 조사, 편광 UV

Description

위상차 필름, 그 제조방법 및 위상차 필름을 포함하는 편광판 {A Retardation Film, A Method for Preparing Retardation Film and Polarizer Comprising the Retardation Film}
본 발명은 노르보르넨을 포함하는 광반응성 중합체를 이용한 위상차 필름, 그 제조방법 및 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판에 관한 것이다. 보다 상세하게는 노르보르넨 광반응성 중합체로 형성된 광배향막을 이용하므로써 필름의 진행방향과 광축이 이루는 각을 임의로 조절가능하며, 열적 안정성 및 광반응속도가 개선된 위상차 필름, 그 제조방법 및 상기 위상차 필름을 포함하는 편광판에 관한 것이다.
근래, 액정 디스플레이는 가볍고 전력 소모가 적다는 특징으로 인하여 휴대형 정보 단말 기기의 디스플레이로 시장이 확대되어 가고 있다. 휴대형 전자기기는 통상 배터리로 구동되므로 소비전력을 억제하는 일이 중요한 과제이다. 따라서, 휴대형 용도의 액정 표시장치등은 저소비전력화, 박형화, 경량화 가능하면서도 밝게 사용할 수 있는 반투과 반사형 액정 표시장치가 특히 관심의 대상이 되고 있다. 반투과 반사형 액정 표시 장치는 1매 이상의 위상차 필름과 편광판을 포함한다. 종래에는 위상차 필름으로 고분자 필름을 1축 또는 2축 연신하여 직선편광의 편광축을 변화시키거나, 직선편광을 원 편광이나 타원 편광으로 변환시켜 원하는 복굴절이 얻어지도록 하여 사용하였다. 그러나, 이 위상차 필름에는 위상차가 파장에 따라 달라지는 소위 파장 분산특성이 있으며 이로인해 특정한 파장 이외에서는 충분한 편광효과가 얻어지지 않는 단점이 있었다. 이러한 문제에 대해 복수의 연신 필름을 광축을 교차하여 적층 시키는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 이 방법에서는 복수의 연신 필름을 사용함에 기인한 두께의 증가, 더구나 광축을 교차하여 복수매를 적층 하는 제조 공정상의 번잡과 수율의 저하를 유발하는 문제가 있다.
종래, 효율적이고 물성이 개선된 위상차 필름 제조방법으로 한국공개특허 2002-0068195는 폴리메타크릴계 중합체로된 광배향막을 사용하여 액정의 광축이 필름 진행 방향에 대하여 평행하거나 수직하지 않고 임의의 각도를 갖는 λ/4 위상차 필름을 연속적으로 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 상기 문헌에 기재된 고분자의 경우 이동도가 떨어지기 때문에 장시간 빛에 노출시켜도 원하는 만큼의 충분한 배향특성을 얻기 힘들다는 단점이 있었다. 이는 상기 고분자 내에 존재하는 감광기가 고분자의 주쇄에 속박되어 있기 때문에 조사되는 편광에 대하여 신속히 반응하기 어렵기 때문인데, 이에 따라 네트워크 폴리머가 되는데 장시간이 소요되기 때문에 공정효율이 떨어지며, 위상차 필름의 배향이 불충분하여 보상필름 으로서의 적용에 문제점이 있었다.
한국공개특허 2006-0029068와 2004-0102862는 러빙공정 없이 코팅된 액정물질에 편광 UV를 조사함으로써 소정 방향으로 액정 배향방향을 결정하는 바에 대하여 개시하고 있다. 그러나 상기 특허와 같이 경화형 액정 물질에 편광 UV를 조사하여 액정을 배향시키는 경우, 액정의 경화가 배향 방향으로만 일어나기 때문에 충분히 경화되지 않아 표면 강도가 떨어지며, 외부 자극이나 열에 쉽게 변형이 일어나는 단점이 있다.
일본공개특허 2006-133718는 아세틸셀룰로스 기재상에 양호한 배향성을 나타내는 배향막 제조방법 및 배향막등에 관한 것으로, 광배향물질로 신나메이트기를 갖는 광반응성 폴리머에 대해 개시하고 있다. 그러나, 일본공개특허 2006-133718 에서의 광반응성 폴리머는 Rolic사의 제품으로 주쇄(main chain)가 본 발명과 달리 바이닐기로 구성되어 있으며, 여기서 얻어지는 위상차 필름은 기재가 아세틸셀룰로스로 한정되고, 액정 중합체의 상용 용매에 대한 용해도가 낮아 사용에 한계가 있다.
일본공개특허 2006-513459는 폴리노르보르넨계 중합체로된 필름이 상하 편광판의 보호필름 및 -C-플레이트 겸용 필름 또는 부가형으로서의 -C-플레이트 보상필름으로 사용되는 바에 대하여 개시하고 있다.
또한, 일본특허공개 2001-235622는 1축성의 배향 규칙 부여시，정의 1축성을 나타내는 사슬과 부의 1축성을 나타내는 사슬을 가지며, 정의 1축성을 나타내는 사슬은 노르보르넨 사슬이고, 부의 1축성을 나타내는 사슬은 스틸렌 고리，스틸렌· 무수 말레산 공중합체, 스틸렌·아크릴로니트릴 공중합체 및 스틸렌·메틸 메타크릴레이트 공중합체인 것으로 개시하고 있다.
그러나, 일본공개특허 2006-513459와 일본공개특허 2001-235622 등의 방법으로 얻어지는 네가티브 C 위상차 필름은 두께방향의 위상차를 광범위하게 제어할 수 없는 문제가 있으며, 위상차 필름의 두께가 대략 100 ㎛ 이상으로 두꺼워져 박형화 요구를 충분히 충족시키지 못하는 문제가 있다.
상기와 같은 다양한 위상차 필름 및 그 제조방법에도 불구하고 위상차 필름의 진행방향과 광축이 이루는 각을 임의로 조절가능하며, 열적 안정성 및 광반응 속도가 개선된 위상차 필름 및 그 제조방법이 요구된다.
이에 본 발명의 목적은 위상차 필름의 진행방향과 액정의 광축이 이루는 각을 임의로 조절가능한 위상차 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열적 안정성 및 광반응 속도가 개선된 위상차 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위상차 필름의 진행방향과 액정의 광축이 이루는 각을 임의로 조절가능한 위상차 필름 제조방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 열적 안정성 및 광반응 속도가 개선된 위상차 필름 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 위상차 필름을 포함하는 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 견지에 의하면,
기재;
상기 기재상에 형성된 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위를 포함하는 중합체로 형성된 배향막; 및
상기 배향막상에 네마틱 액정으로 형성된 액정층을 포함하는 위상차 필름이 제공된다.
[화학식 1a]
Figure 112010036468664-pat00073

[화학식 1b]
Figure 112010036468664-pat00074

[화학식 1c]
Figure 112010036468664-pat00075
삭제
(상기 화학식 1a, 1b 및 1c에서, P는 0 내지 4의 정수이며,
삭제
삭제
R1, R2, R3, 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 a, b, 및 c 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 라디칼이며,
R1, R2, R3, 및 R4 중 나머지는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
R1 과 R2, 또는 R3 와 R4 가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R1 또는 R2 가 R3 및 R4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬, 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있고,
[화학식 a]
삭제
Figure 112008029043796-pat00002
[화학식 b]
Figure 112008029043796-pat00003
[화학식 c]
Figure 112010036468664-pat00076
삭제
상기 화학식 a, b, 및 c 에서,
A 및 A'는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시, 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
B는 산소, 황 또는 -NH-이고;
R9는 단순 결합, 치환 또는 비치환된 C1- 20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
R10, R11, R12, R13 및 R14 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 C6-30의 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴, 및 치환 또는 비치환된 C6-40 의 알콕시아릴 및 14족, 15족, 16족의 헤테로원소가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로 아릴로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
상기 화학식 1c에서 Ra는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다.
본 발명의 제 2 견지에 의하면,
기재에 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위를 포함하는 중합체 용액을 코팅 및 건조하여 중합체막을 형성하는 단계;
[화학식 1a]
Figure 112010036468664-pat00077

[화학식 1b]
Figure 112010036468664-pat00078

[화학식 1c]
Figure 112010036468664-pat00079

(상기 화학식 1a, 1b 및 1c에서, p, R1, R2, R3, R4 및 Ra는 상기 정의한 바와 같다.)
삭제
삭제
삭제
상기 중합체막에 필름 진행방향에 대하여 일정한 방향으로 선편광된 자외선을 조사하여 상기 중합체막에 배향을 부여하여 배향막으로 형성하는 단계;
상기 배향막위에 네마틱 액정용액을 코팅 및 건조시켜 액정층을 형성하는 단계; 및
상기 액정층을 경화하여 액정층의 배향을 고정하는 단계를 포함하는 위상차 필름 제조방법이 제공된다.
삭제
본 발명의 제 3견지에 있어서,
상기 본 발명의 위상차 필름과 편광필름을 포함하여 이루어지는 편광판이 제공된다.
본 발명에 의한 위상차 필름 및 위상차 필름 제조방법은 유리전이온도가 높은 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체를 이용하여 제조된 배향막으로 인하여 열적안정성 및 광반응 속도가 개선된다. 또한, 본 발명의 위상차 필름을 구성하는 배향막은 편광된 자외선 조사에 의하여 필름진행 방향과 액정의 광축사이의 각을 임의로 조절할 수 있으며, 따라서, 연속적인 합판으로 제조가능한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 광배향물질로서 광반응성기를 갖는 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체로 배향막을 형성하므로써 열적안정성이 우수하고 광반응 속도가 개선된 위상차 필름이 제조된다. 또한, 광배향물질로서 광반응성기를 갖는 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체로된 배향막은 필름의 진행방향과 액정의 광축이 이루는 각을 편광된 자외선을 조사하므로써 임의로 조절할 수 있다.
상기 광반응성기를 갖는 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체는 주쇄에 다중고리 화합물을 포함하기 때문에 유리전이온도가 높아서 열적안정성이 우수하다는 특징을 가진다. 또한 상기 중합체는 빈 격자자리가 상대적으로 크기 때문에 광반응성기가 비교적 자유롭게 이동할 수 있어, 기존의 액정 표시 소자의 액정배향막 제조용 고분자 재료의 단점으로 지적되어오던 느린 광반응 속도를 개선할 수 있다는 장점이 있다.
추가적으로, 본 발명의 위상차 필름은 편광판(편광필름)과 롤 상태에서 연속합판이 가능한 장점을 갖는다.
상기 본 발명의 위상차 필름에서 배향막(중합체막) 형성에 사용되는 광반응성기를 갖는 다중고리 화합물인 광배향물질로는 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위를 포함하는 중합체가 사용된다. 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위로된 중합체의 중합도는 50 내지 5,000인 것이 바람직하다. 중합도가 50미만이면 양호한 배향특성을 보이지 못하고, 5,000을 초과하면 분자량에 따라 점도가 증가하여 두께가 정밀하게 제어된 배향막으로 형성하기 어렵다.
[화학식 1a]
Figure 112010036468664-pat00080

[화학식 1b]
Figure 112010036468664-pat00081

[화학식 1c]
Figure 112010036468664-pat00082
삭제
상기 화학식 1a, 1b 및 1c에서, P는 0 내지 4의 정수이며,
R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 a, b, 및 c 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 라디칼이며,
R1, R2, R3 및 R4 중 나머지는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
R1 과 R2, 또는 R3 와 R4 가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거 나, 또는 R1 또는 R2 가 R3 및 R4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬, 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있고,
[화학식 a]
Figure 112008029043796-pat00007
[화학식 b]
Figure 112008029043796-pat00008
[화학식 c]
Figure 112010036468664-pat00083
상기 화학식 a, b, 및 c 에서,
A 및 A'는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시; 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌으로 구성되는 그룹으로 부터 선택되며;
B는 산소, 황 또는 -NH-이고;
R9 는 단순 결합, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며; R10, R11, R12, R13 및 R14 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 C6-30의 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴, 14족, 15족, 16족의 헤테로원소(S, O, N 등)가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로 아릴, 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 알콕시아릴로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, Ra는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다. 상기 C6-40의 아릴 및 14족, 15족, 16족의 헤테로원소(S, O 및 N로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨.) 가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴의 대표적인 예로는 하기 화학식 2로 나타낸 것을 포함하나, 이로써 한정하는 것은 아니다.
삭제
Figure 112008029043796-pat00010
Figure 112008029043796-pat00011
상기 화학식 2에서 R'10, R'11, R'12, R'13, R'14, R'15, R'16, R'17 및 R'18 중 적어도 하나는 반드시 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시이거나 치환 또 는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시이고, 나머지는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴이다.
상기 화학식 1a, 1b 및 1c에서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 보다 구체적으로 -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6, -R5NNC(=S)R6, -NO2, -R5NO2,
Figure 112010036468664-pat00084
Figure 112010036468664-pat00013
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Figure 112008029043796-pat00014
을 들 수 있다.
상기 비탄화수소 극성기에서 R5은 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있으며,
R6, R7 및 R8 은 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐기로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위는 하기 화학식 1로 부터 유래된 중합반복단위로, 화학식 1b는 개환고리반응에 의한 것이며, 화학식 1c는 선형 올레핀 단량체를 추가로 포함하는 것이다.
[화학식 1]
Figure 112010036468664-pat00085

(화학식 1중, p, R1, R2, R3 및 R4는 상기 화학식 1a 내지 1c에서 정의된 바와 같다.)
이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니지만, 상기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 반복중합단위로 이루어지는 중합체의 예는 다음과 같다.
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[화학식 1a']
Figure 112008029043796-pat00018
[화학식 1b']
Figure 112008029043796-pat00019
[화학식 1c']
Figure 112010036468664-pat00086
상기 화학식 1a', 1b' 및 1c'에서, n은 중합체의 중합도로서 상기한 바와 같은 이유로 50 내지 5000이다. 또한, 화학식 1c'의 경우에, 유리전이온도가 낮아져 바람직하게, 용이한 성형성이 달성될 수 되도록 선형올레핀 반복단위(x)와 씨클릭 모노머 반복단위(y)를 x로 표시되는 선형올레핀의 반복단위 함유율은 0.1 내지 99.9 몰% 및 y로 표시되는 씨클릭 모노머의 반복단위 함유율은 0.1 내지 99.9 몰%로 포함할 수 있다. 선형올레핀과 씨클릭 모노머의 반복순서는 무순(random)이다. 선형올레핀 반복단위의 함유율이 0.1몰% 미만이면 중합체의 용해도 개선효과가 미비하며, 99.9몰%를 초과하면 중합체내의 광반응기 함유율이 낮아 광반응을 유도할 수 없다는 점에서 바람직하지 않다. 또한, p, R1, R2, R3, R4 및 Ra는 상기 화학식 1 및 1c에서 정의한 바와 같다.
본 발명의 상기 배향막 형성에 사용되는 중합체는 중합체를 이루는 중합반복단위로 하기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위를 추가로 포함할 수 있으며, 이들을 포함하여 이루어지는 중합체 또한, 상기한 바와 같은 이유로 중합도가 50-5,000인 것이 바람직하다.
[화학식 3a]
Figure 112010036468664-pat00087

[화학식 3b]
Figure 112010036468664-pat00088

[화학식 3c]
Figure 112010036468664-pat00089

(상기 화학식 3a, 3b 및 3c에서,
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p'는 0 내지 4의 정수이고,
R'1, R'2, R'3 및 R'4는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
R'1과 R'2 또는 R'3와 R'4가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R'1과 R'2가 R'3 및 R'4중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있으며,
R'a는 수소 또는 C1-20의 탄화수소기이다.
상기 화학식 3a, 3b 또는 3c 에서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 보다 구체적으로, -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -NCO,-R5-NCO,-CN,-R5CN, -NNC(=S)R6,
Figure 112010036468664-pat00090
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Figure 112010036468664-pat00023
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Figure 112008029043796-pat00024
을 들 수 있다.
상기 비탄화수소 극성기의 예에서, R5는 각각 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있으며,
R6, R7, 및 R8 은 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위는 하기 화학식 3으로 부터 유래한 것으로, 화학식 3b는 하기 화학식 3의 환상 올레핀 중합체의 개환고리반응에 의한 중합반복단위이며, 화학식 3c는 선형올레핀 중합반복단위를 포함하는 중합반복단위이다.
[화학식 3]
Figure 112010036468664-pat00091

상기 화학식 3에서, p', R'1, R'2, R'3 및 R'4는 상기 화학식 3a 내지 3c에서 정의한 바와 같다.
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본 발명의 배향막 형성 중합체에 상기 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위가 추가로 포함되는 경우에, 상기 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위는 중합체 100몰%에 대하여 최대 99몰%로 포함될 수 있으며, 바람직하게 중합체는 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위 1 내지 99몰%와 화학식 1a, 1b 또는 1c 중합반복단위 1 내지 99몰%을 포함하는 중합체일 수 있다. 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위는 임의로 추가될 수 있는 성분이므로 하한값이 특히 한정되는 것은 아니나, 용해도 개선등 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위 추가에 의한 효과가 나타내어질 수 있도록 하기 위해서 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위가 1몰%이상 포함되는 것이 바람직하다. 화학식 3a, 3b 또는 3c 중합반복단위가 99몰%를 초과하면, 상대적으로 화학식 1a, 1b 또는 1c 중합반복단위의 광반응성 작용기의 함량이 낮아져 광반응 속도가 느려지는 문제가 발생하여 바람직하지 않다. 상기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위 및 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위를 포함하는 중합체 또한, 상기한 바와 같은 이유로 중합도가 50 내지 5,000 인 것이 바람직하다.
전술한 치환기의 정의를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
"알킬"은 C1-20개, 바람직하게는 C1-10, 보다 바람직하게는 C1-6의 직쇄 또는 분지쇄 포화 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알킬기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 알킬기의 예로서 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실, 도데실, 플루오로메틸, 디플루오로메틸, 트리플루오로메틸, 클로로메틸, 디클로로메틸, 트리클로로메틸, 요오도메틸, 브로모메틸 등을 들 수 있다.
"알케닐"은 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 C2-20, 바람직하게는 C2-10, 보다 바람직하게는 C2-6의 직쇄 또는 분지쇄 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 상기 화학구조들에 결합될 수 있다. 알케닐기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 알케닐기의 예로서 에테닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 펜테닐, 5-헥세닐, 도데세닐 등을 들 수 있다.
"시클로알킬"은 C5-12개 고리 탄소의 포화된 또는 불포화된 비방향족 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예컨대, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로펜테닐, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 데카하이드로나프탈레닐, 아다만틸, 노르보닐 (즉, 바이시클로 [2.2.1] 헵트-5-에닐) 등을 들 수 있다.
"아릴"은 6 내지 40개, 바람직하게는 6 내지 20개, 더욱 바람직하게는 6 내지 12개의 고리 원자를 가지는 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향 족 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 아릴기의 방향족 부분은 탄소 원자만을 포함한다. 아릴기의 예로서 페닐, 나프탈레닐 및 플루오레닐을 들 수 있다.
"알콕시아릴"은 상기 정의된 아릴기의 수소원자 1개 이상이 알콕시기로 치환되어 있는 것을 의미한다. 알콕시아릴기의 예로서 메톡시페닐, 에톡시페닐, 프로폭시페닐, 부톡시페닐, 펜톡시페닐, 헥톡시페닐, 헵톡시페닐, 옥톡시페닐, 나녹시페닐, 메톡시바이페닐, 에톡시바이페닐, 프로폭시바이페닐, 메톡시나프탈레닐, 에톡시나프탈레닐, 프로폭시나프탈레닐, 메톡시안트라세닐, 에톡시안트라세닐, 프로폭시안트라세닐, 메톡시플루오레닐 등을 들 수 있다.
"아르알킬"은 상기 정의된 알킬기의 수소원자가 1개 이상이 아릴기로 치환되어 있는 것을 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예를들면, 벤질, 벤즈하이드릴 및 트리틸 등을 들 수 있다. 아릴기는 상기 정의한 바와 같다.
"알키닐"은 1 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 C2-20, 바람직하게는 C2-10, 보다 바람직하게는 C2-6의 직쇄 또는 분지쇄의 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알키닐기는 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 상기 화학구조들에 결합될 수 있다. 알키닐기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예를 들면, 에티닐 및 프로피닐 등을 들 수 있다.
"알킬렌"은 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄의 포화된 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알킬렌기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 알킬렌기의 예로서 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 헥실렌 등을 들 수 있다.
"알케닐렌"은 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄의 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐렌기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 상기 화학구조들에 결합될 수 있다. 알케닐렌기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다.
"시클로알킬렌"은 5 내지 12개의 고리 탄소의 포화된 또는 불포화된 비방향족 2가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예컨대, 시클로프로필렌, 시클로부틸렌 등을 들 수 있다.
"아릴렌"은 6 내지 40개, 바람직하게는 6 내지 20개, 더욱 바람직하게는 6 내지 12개의 고리 원자를 가지는 2가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 아릴기의 방향족 부분은 탄소 원자만을 포함한다. 아릴렌기의 예로서 페닐렌 등 들 수 있다.
"아르알킬렌"은 상기 정의된 알킬기의 수소원자가 1개 이상이 아릴기로 치환되어 있는 2가 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예를들면, 벤질렌 등을 들 수 있다. 아릴기는 상기 정의한 바와 같다.
"알키닐렌"은 1 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 2 내지 20개의 탄소원자, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 직쇄 또는 분지쇄의 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알키닐렌기는 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 상기 화학 구조들에 결합될 수 있다. 알키닐렌기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 예를 들면, 에티닐렌 또는 프로피닐렌 등을 들 수 있다.
"결합"은 일체의 치환기가 삽입되지 않은 단순한 결합으로만 연결된 부위를 말한다.
Ra 및 R'a에서 "탄화수소기"는 상기 정의된 알킬, 시클로알킬, 알킬렌, 시클 로 알킬렌을 의미하며, 예를들어 α-올레핀, 부타디엔, 및 펜타디엔 등을 들 수 있다.
상기 별도로 기재하지 않은 본 발명의 화합물을 구성하는 그룹(예를들어, 화학식 1에서 R1 내지 R14 , 비탄화수소 극성기에서 R5 내지 R8, 화학식 2에서 R'10 내지 R'18 및 화학식 3에서 R'1 내지 R'4등)은 이 기술분야에서 이해되는 일반적인 의미로 사용되며, 상기 그룹이 치환되는 경우에, 예를들어 할로겐으로 치환될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "할로겐"은 플루오로, 클로로, 브로모 및 요오드를 포함하는 것으로 이해된다.
이하, 본 발명의 배향막 형성에 사용되는 상기 중합체 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 상기 광반응성기를 포함하는 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 후술하는 촉매 혼합물 존재하에서 상기 화학식 1의 화합물의 단량체 용액을 중합 반응시켜 제조할 수 있다. 그러나, 촉매, 단량체 및 용매의 투여 순서, 용매의 종류 및 함량등은 이 기술분야의 기술자가 필요에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 것으로 특히 제한 하는 것은 아니다.
상기 광반응성기를 포함하는 다중고리 화합물, 예를들어, 화학식 1a의 반복단위 구조를 주쇄에 포함하는 중합체는 10족의 전이금속을 포함하는 전촉매 및 전촉매의 금속과 약하게 배위 결합할 수 있는 루이스 염기를 제공하는 제1조촉매의 촉매 혼합물 존재하에서, 10℃ 내지 200 ℃의 온도에서 제조될 수 있다. 상기 반응에는 또한, 루이스염기를 제공하는 제2 조촉매가 추가로 사용될 수 있다.
상기 반응온도가 10℃ 미만인 경우에는 중합 활성이 매우 낮아지는 문제가 생기고, 200℃보다 높은 경우에는 촉매가 분해될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 촉매 혼합물은 10족의 전이금속을 포함하는 전촉매 1 몰에 대해 상기 전촉매의 금속과 약하게 배위 결합할 수 있는 루이스 염기를 제공하는 제 1 조촉매를 1 내지 1000 몰 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 조촉매의 함량이 1 몰 보다 작은 경우에는 촉매 활성화가 이루어지지 않는 문제가 있고, 제 1 조촉매의 함량이 1000 몰을 초과하는 경우에는 오히려 전촉매의 촉매 활성이 낮아지게 되므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 제 2조촉매는 임의적인 성분으로서 상기 전촉매 1몰에 대하여 최고 1000몰, 바람직하게는 1 내지 1000 몰 사용되는 것이 바람직하다. 상기 제2 조 촉매의 함량이 1 몰 미만이면 제 2 조촉매 첨가에 의한 전촉매의 활성화 효과가 미약하고 1000몰을 초과하면 오히려, 중합수율과 분자량이 모두 감소하는 문제가 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 노르보르넨계 개환 중합체, 예를들어, 화학식 1b의 반복단위 구조를 주쇄에 포함하는 중합체는 예를 들면 하기의 중합 촉매를 사용하여, 상기한 바와 같이, 10℃ 내지 200 ℃의 온도에서 제조될 수 있다. 이들 촉매로는 (a) W, Mo, Re, V 및 Ti의 화합물로부터 선택된 1종 이상과, (b) Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, Cd, Hg, B, Al, Si, Sn 및 Pb의 화합물로부터 선택된 1종 이상의 혼합물이 사용된다. (a) 성분으로서 대표예는, WCl6, MoCl5, ReOCl3, VOCl3, TiCl4 등을 들 수 있고, (b) 성분으로서 사용되는 화합물의 예로서는 BuLi, Et3Al, Et2AlCl, Et1 .5AlCl1 .5, EtAlCl2, 메틸알루미녹산, LiH 등이 있다. 반응성을 고려하여 (a) 성분과 (b) 성분과의 비율은 몰비로 0.005:1 내지 15:1의 범위로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 에틸렌과 시클로올레핀의 공중합체의 경우, 예를들어, 화학식 1c의 반복단위를 포함하는 공중합체의 경우에는, (a) 바나듐 타입 지글러 나타 촉매 및/또는 메탈로센 촉매와 (b) 메틸알루미녹산 및/또는 안사-메탈로센 촉매 등을 사용하여, 상기한 바와 같이, 10℃ 내지 200 ℃의 온도에서 제조될 수 있다. (a) 성분과 (b) 성분과의 비율은 촉매의 활성화 반응성을 고려하여 몰비로 0.00001:1 내지 0.001:1 의 범위로 사용될 수 있다. 상기 (a) 성분의 함량비가 0.00001:1 미만이면 촉매 활성화가 이루어지지 않는 문제가 있고, (a) 성분의 함량비가 0.001:1 를 초과하면 촉매활성이 낮아지는 문제가 있어 바람직하지 않다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 위상차 필름 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 위상차 필름은 기재에 상기 화학식 1a 내지 1c의 광반응성기를 포함하는 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체 용액(이하,'중합체 용액'이라 한다.)을 코팅 및 건조하여 중합체막을 형성하고, 상기 중합체막에 자외선을 조사하여 상기 중합체막에 배향을 부여하여 배향막(즉, 배향이 부여된 중합체막)으로 형성한 다음에 배향막위에 네마틱 액정 용액을 코팅, 건조 및 경화하므로써 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 방법으로 광배향막을 이용하여 위상차 필름을 제조하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 1(a) 및 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 기재필름(1)에 본 발명에 의한 다중고리 화합물을 주쇄에 포함하는 중합체 용액을 코팅 및 건조하여 중합체막(2)을 형성한다. 그 후, 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 중합체막(2)에 자외선(4)을 조사하여 배향을 부여하므로써 배향막(2)이 되도록한다. 중합체막(2)에 자외선 조사에 의한 배향부여시, 배향막(2)에 대한 자외선의 편광방향을 임의로 조절하여, 배향막(2)에 기재의 진행방향에 대하여 어떠한 원하는 임의의 각을 이루는 방향으로 배향을 부여할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 방 법에서 배향막에 자외선(4)을 조사하므로써 기재의 진행방향과 평행한 방향으로부터 수직인 방향에 이르는 어떠한 방향으로 배향을 부여할 수 있다.
상기 배향막을 형성하기 위해 먼저, 상기한 중합체 용액을 제조한다. 중합체 용액 제조시 용매로는 유기용매가 사용되며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를들어, c-펜타논, 클로로벤젠, N-메틸피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 톨루엔, 클로로포름, 감마부티로락톤 및 테트라히드로퓨란으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 용매가 사용될 수 있다.
상기 중합체 용액에서의 중합체의 함유 비율은 점성, 휘발성 등을 고려하여 선택되는데, 중합체 용액의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 범위이다. 중합체의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 형성되는 피막의 막 두께가 얇아져서 양호한 배향막을 얻을 수 없는 경우가 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 형성되는 피막의 막 두께가 두꺼워져 양호한 배향막을 얻기 어려우며, 용액의 점도가 증대하여 도포 특성이 떨어지게 되므로 바람직하지 않다.
상기 기재(1)로는 광학적으로 투명하고 평탄도가 유지되는 것으로 위상차 필름에 일반적으로 사용되는 기재가 사용될 수 있다. 이로써 한정하는 것은 아니며, 예로는 트리아세틸 셀룰로스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이 트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 노르보르넨 유도체등의 사이클로 올레핀 폴리머, 폴리비닐 알코올, 디아세틸 셀룰로오스, 폴리에테르 술폰 필름 또는 유리기판등을 들 수 있다.
상기 기재(1)에 중합체 용액을 코팅한다. 코팅방법은 특별히 한정되지 않으나 균일한 두께로 코팅할 수 있는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 방법이 사용될 수 있으며, 이러한 코팅 방법으로는 스핀 코팅, 와이어 바 코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 그라비어 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅법 등이 있다.
상기 기재(1)에 코팅되는 중합체 용액의 두께는 조건에 따라 달라지지만, 건조 후 배향막의 두께가 800 내지 2000Å정도 되도록 하는 것이 바람직하다. 800Å미만이면 배향력이 충분하지 못하며, 2000Å를 초과하면 코팅 균일성이 저하되므로 바람직하지 않다.
상기 중합체 용액을 코팅한 후에는 잔존 용매를 제거하기 위해 70 내지 300℃에서 30 초 내지 60 분간 건조시킬 수 있다. 필요에 따라 더 높은 온도에서 1 시간 이상 장시간 가열하여 용매를 제거할 수도 있다. 건조온도가 70℃ 미만이면, 충분히 건조되지 않아 얼룩이 발생하거나 잔존 용매에 의해 배향력이 저하되는 문제가 발생하고, 300℃를 초과하면 기재 필름이 높은 온도에 의해 울거나 손상될 수 있다.
건조시간이 30초 미만이면 충분히 건조되지 않아 잔존 용매로 인한 배향력 저하 문제가 발생되며, 60분을 초과하면 장시간 건조로 인해 작업 능률이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
용매가 제거된 중합체 코팅막(2)에 원하는 소정의 방향으로 선편광된 자외선(4)을 조사하므로써 코팅막에 원하는 임의의 방향으로 배향을 부여할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 배향막을 구성하는 상기 중합체등은 자외선 조사에 의한 고리 첨가반응(cyclo addition)으로 인하여 UV 폴로라이저의 투과축에 수직한 방향(흡수축)의 방향으로 배향된다(도 1(b)). 또한, 조사되는 자외선의 편광을 조절(예를들어, UV 폴로라이저의 회전등)하므로써 도 2(b)에서와 같이 배향막의 배향방향을 임의의 원하는 각(θ)으로 조절할 수 있다.
구체적으로 자외선 조사는 도 1(b)에 도시한 바와 같이, UV 램프와 UV 폴러라이저(와이어 그리드 폴러라이저)(3)를 이용해서 선편광시킨 편광 자외선을 중합체 코팅막(2) 표면에 약 0.5 초 내지 60 분간 조사하여 행할 수 있다. UV조사에 의해 중합체중의 광반응기가 이량화되어, 1차 분자배향 시킬 수 있다. 광배향 물질의 경우 선편광의 방향에 따라 이량화되는 방향이 결정되기 때문에 UV 폴로라이저의 편광방향에 따라 필름의 진행방향에 대해서 배향층의 배향방향을 수평방향부터 수직방향까지 원하는 임의의 각도로 조절할 수 있다. 즉, 조사되는 자외선의 편광방 향을 조절하므로써 액정의 광축을 필름의 진행방향에 대하여 임의의 각도로 조절할 수 있다.
자외선광의 에너지는 특별히 한정되지는 않으나 사용된 자외선 광원의 에너지가 충분하여야 원하는 방향으로 배향력이 생기게 되며, 충분한 에너지가 가해지지 않으면 배향력이 부족하여 배향막 위에 액정코팅시 액정분자의 배열이 흩어질 수 있기 때문에 100W/㎠이상, 바람직하게는 100W/㎠-1000W/㎠, 보다 바람직하게는 400-700W/㎠이 적당하다. 100W/㎠ 미만인 경우에는 배향력이 부족하여 배향막위의 액정 배열이 고르지 못하게 되고 1000W/㎠ 을 초과하는 경우에는 코팅하고자 하는 기재필름이 강한 에너지에 의해 손상될 수 있다.
그 후, 도 1(c)에 도시한 바와 같이, 상기 편광 자외선을 조사하여 원하는 각도의 배향이 부여된 배향막(2)에 액정 용액을 코팅하고 건조시켜서 배향막 고정층(액정층)(5)을 형성한다. 이때, 배향막 고정층(5)은 배향막(2)의 배향막과 같은 방향으로 배향된다(도 1(c) 및 도 2(c)).
액정물질로는 네마틱 액정이 사용될 수 있다. 네마틱 액정은 중합 가능한 반응성 액정 모노머로서 빛에 의해 주변의 액정 모노머와 중합되어 액정 폴리머를 형성한다. 상기 중합성이 있는 액정 재료는 배향막상에 등방성 물질 상태로 코팅된 후, 이후 건조등의 과정에서 중합반응에 의해 액정으로 상전이되어 특정방향으로 배향되는 특성이 있다. 따라서, 이 후 다른 층을 적층하더라도 다시 배향이 변화되지 않아서 유리하다.
이로써 한정하는 것은 아니지만, 특히, 상기 중합성이 있는 액정 재료중에서도 광반응에 의해 중합가능한 아크릴레이트기를 갖는 물질이 1종 이상 사용되는 것이 바람직하다. 아크릴레이트기를 갖는 액정재료로는 시아노 비페닐계(cyano biphenyl)계, 시아노 페닐 시클로헥산(cyano pheny cyclohexane)계, 시아노 페닐 에스테르(cyano pheny ester)계, 안식향산 페닐 에스테르계, 페닐 피리미딘계의 아크릴레이트 및 이들의 혼합물과 같은 실온 또는 고온에서 네마틱(nematic)상을 나타내는 저분자 액정을 들 수 있다.
본 발명에 사용되는 네마틱 액정은 0.01-0.3의 복굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 액정은 복굴절률의 이방성을 통해서 입사광의 편광상태나 편광방향을 바꾸거나 입사광의 진행방향이 회전되기 때문에 복굴절률은 액정의 중요한 광학적 특성중 하나이다. 복굴절률이 0.01 미만인 경우에는 바람직한 위상차 값을 구현하기 위한 필름의 두께가 굉장히 두꺼워져야 하는 단점이 있고, 0.3을 초과하면 두께 조절이 어려울 뿐만 아니라 얇은 두께에서도 위상차 값의 차이가 커지기 때문에 일정한 위상차 값을 가진 필름을 구현하기 어렵다. 상기 반응성 액정재료의 대표적인 예로서는 머크사(社)의 RM(Reactive Mesogen)이나 BASF사의 LC242(상품명)등을 들 수 있다.
상기 액정재료를 용매에 용해시 액정용액중 액정 모노머의 함량은 얻고자 하는 액정층의 두께와 코팅 방법에 따라 다르며, 특별히 제한되지는 않으나, 액정용액 100중량부당 액정 재료 5 내지 70 중량부, 바람직하게는 10 내지 50 중량부일 수 있다. 액정용액중의 액정재료 함량이 5 중량부 미만일 때에는 용매의 양이 많아 건조 시간이 길거나 코팅 후 표면의 유동이 심해서 얼룩이 심해질 수 있으며, 70 중량부를 초과하는 경우에는 액정재료 함량에 비해 용매의 양이 적어 보관중에 액정이 석출되거나 점도가 너무 높아 코팅시 습윤(wetting)성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 액정 용액에는 광개시제가 소정량 포함될 수 있다. 광개시제는 전체 고형분(용매를 제외한 액정 재료와 광개시제등) 100 중량부당 3 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 광개시제 함량이 3중량부 미만이면 UV에 의한 충분한 경화가 일어나지 않고, 10중량부를 초과하면 광개시제가 배향을 제한하여 배향 방향에 관계 없이 필름 내에서 방향성이 없게 되는 문제가 발생한다. 광개시제로는 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 광개시제의 종류를 특히 한정하는 것은 아니다.
액정 용액제조시 용매로는, 클로로포름, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 자 일렌, 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논 등의 케톤류; 이소프로필 알코올, n-부탄올 등의 알코올류; 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브 등의 셀로솔브류; 등을 들 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 용매는 단일 또는 혼합물 형태로 사용될 수 있다.
이후, 상기 코팅된 액정 용액은 건조 및 UV 경화 단계에 의해 일정한 방향으로 배향된 액정층을 형성하게 된다. 액정층은 본 발명에 의한 위상차 필름에서 위상차를 나타내며 또한, 배향막에 형성된 배향을 고정하는 역할을 한다. 상기 네마틱 액정은 배향막과 동일한 방향으로 배향될 수 있다.
건조는 건조 오븐내에서 이루어지는 것이 바람직한데, 건조 온도는 25~70℃ 인 것이 바람직하며, 건조 시간은 1분 내지 5분 정도인 것이 바람직하다. 건조 온도는 액정의 배향 위치 자세에 중요한 요인이 되며, 상기 적정 온도 및 시간 구간을 벗어난 영역에서는 제대로 배향되지 않을 수 있다. 또한, 충분히 건조가 일어나지 않으면 얼룩 등이 발생할 수 있으므로 건조는 1분 이상 실시되는 것이 바람직하며, 5분 정도 건조시키면 충분히 건조된다. 온도가 25℃ 미만이면 충분히 건조되지 않아 얼룩등이 발생할 수 있으며, 70℃를 초과하는 온도에서 충분히 건조되므로, 25-70℃에서 건조시킬 수 있다.
건조시켜 액정용액의 용매를 증발시킨 다음에 배향된 액정층을 경화시켜 배향을 고정한다. 경화방법은 크게 빛에 의한 경화와 열에 의한 경화로 나눌 수 있다. 본 발명에서 사용된 반응성 액정 모노머는 광반응성 액정 모노머로서 자외선 조사에 의해서 고정되는 물질이며, 따라서, 도 1(c) 및 도 2(c)에서와 같이, 자외선(4)을 조사하여 액정층(5)을 경화시킨다.
상기 중합에 의한 경화는 자외선 영역의 파장을 흡수하는 광개시제의 존재하에 이루어진다. 자외선 조사는 대기 중에서, 혹은 산소를 차단해서 반응효율을 높이기 위해서 질소 분위기하에서 행할 수 있다.
자외선 조사기로는 통상적으로 약 100mW/㎠이상의 조도를 갖는 중압 혹은 고압 수은 자외선 램프, 또는 메탈 할라이드 램프가 사용될 수 있다. 자외선 조사를 할 때 액정층의 표면 온도가 액정성을 갖는 온도 범위 이내가 되도록 기재와 자외선 램프 사이에 콜드 미러(cold mirror)나 기타 냉각 장치를 설치할 수도 있다.
상기한 바에 따라, 배향막과 같은 방향으로 배향된 배향막 고정층(액정층)이 형성된 위상차 필름이 얻어진다. 본 발명에 의한 위상차 필름은 위상차가 1/4 파장 또는 1/2 파장이다.
위상차 필름에 의해 발생되는 위상차는 필름의 재질과 두께에 의해 결정되기 때문에, 1/4 파장 위상차 필름과 1/2 파장 위상차 필름층으로 사용하기 위해서는 각 필름층의 두께를 적정 범위내에서 제어할 필요가 있다. 즉, 위상차 필름에 있어서, 액정 혼합물의 복굴절차와 액정층의 두께에 따라 위상차 값이 결정되며, 사용되는 액정물질에 따라 복굴절율이 다르므로 사용되는 액정에 따라 위상차 필름을 구현함에 있어서 액정층의 두께가 달라진다. 따라서, 이 기술분야의 기술자는 사용되는 액정의 복굴절률을 고려하여 원하는 위상차 값을 나타내도록 액정층의 두께를 적합하게 조절할 수 있다.
예를들어, 본 발명에서 사용되는 광반응에 의해 중합가능한 아크릴레이트 형태의 액정혼합물을 이용하여 액정층을 형성할 경우에는 아크릴레이트의 종류에 따라 근소한 차이가 있으나, 이로써 한정하는 것은 아니지만 예를들어, 1/2 파장 위상차 필름의 경우에는 1.6~2.3㎛ 범위로 제어되고, 1/4 파장 위상차 필름의 경우에는 0.8~1.5㎛ 범위로 제어되면 적당하다.
상기 본 발명에 의한 위상차 필름은 도 3에 도시한 바와 같이 기재(1)에 배향막(2, 2')과 액정층(5,5')이 2이상 반복하여 적층된 형태로 제조될 수 있다. 배향막 및 액정층의 적층수 및 각 배향막의 배향각은 원하는 위상차를 얻도록 하기 위해 이 기술분야에 알려진 방법에 따라 임의로 조절할 수 있다. 다수의 배향막과 액정층이 적층되는 경우에 적층되는 각 배향막에서 배향각은 같거나 다를 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 구현에 있어서, 상기 본 발명에 의한 위상차 필름과 편광필름이 적층된 편광판이 제공된다. 본 발명에 의한 편광판은 원편광, 타원편광 또는 선편광을 나타내도록 구현될 수 있다.
본 발명의 위상차 필름은 특별한 재단없이 편광필름과 롤상태에서 연속합판하여 편광판을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
하기 실시예에서 공기나 물에 민감한 화합물을 다루는 모든 작업은 표준 쉬렝크 기술(standard Schlenk technique) 또는 드라이 박스 기술을 사용하여 실시하였다. 핵자기공명(NMR) 스펙트럼은 브루커 300 스펙트로미터(Bruker 300 spectrometer)를 사용하여 얻었다. 이때 1H NMR은 300 MHz에서, 그리고 13C NMR은 75 MHz에서 각각 측정하였다. 중합체의 분자량과 분자량 분포는 GPC(gel permeation chromatography)를 사용하여 측정하였으며, 이때 폴리스티렌(polystyrene) 샘플을 표준으로 하였다. 톨루엔은 칼륨/벤조페논(potassium/benzophenone)에서 증류하여 정제하였으며, 디클로로메탄은 CaH2에서 증류 정제되었다.
합성예
합성예 1
1-(1) 단량체의 합성
5- 노보넨 -2-메탄올의 합성
2L 고압반응기에 DCPD (dicyclopentadiene, 알드리치, 397g, 3mol), 알릴알코올 (알드리치, 331g, 5.7mol)을 넣은 후 온도를 210℃까지 올렸다. 300 rpm로 교반하면서 1 시간 반응시킨 후, 종료되면 반응물을 식히고 증류장치로 옮겼다. 진공펌프를 이용하여 1 torr로 감압 증류를 2차에 걸쳐서 실시하여 56℃에서 생성물을 얻었다. (수율: 52 %).
1H-NMR (300MHz, CDCl3) : δ6.17 ~ 5.91 (m, 2H), 3.71 ~ 3.19 (m, 2H), 2.91 ~ 2.75 (m, 2H), 2.38 (m, 1H) , 1.83 (m, 1H), 1.60 ~ 1.12 (m, 2H) , 0.52 (m, 1H )
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 메톡시 신나메이트 )의 합성
상온에서 250ml 2구 플라스크에 상기 합성한 5-노보넨-2-메탄올 (15g, 0.121mol), 4-메톡시 신나믹 엑시드 (알드리치, 21.5g, 0.121mol), EDC [1-(3-디메틸아미노프로필)-3-에틸카르보이미드 하이드로클로라이드](알드리치, 37g, 0.194mol) 및 HOBT (1-히드록시벤조트리아졸 하이드레이트)(알드리치, 24.5g, 0.182mol)를 넣고 DMF 100ml에 녹인다. 0℃ 로 온도를 낮춘 후 트리에틸아민 (알드 리치, 75ml, 0.605mol)을 천천히 떨어뜨려준다. 상온으로 올린후 3 시간 후 반응이 종료되면 다량의 에틸 아세테이트로 추출한다. NaHCO3 수용액으로 씻어주고 무수 MgSO4 로 건조한 후 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거하여 노란색 오일형태의 생성물을 얻을 수 있다. 컬럼 크로마토그래피(헥산:에틸아세테이트 = 10 : 1 )로 정제하여 순수한 생성물인 5-노보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트)를 얻었다. (수율 : 80%)
1H-NMR (300MHz, CDCl3) : δ7.72 ~ 7.66 (dd, 1H), 7.54 ~ 7.52 (d, 2H), 6.96 ~ 6.94 (d, 2H), 6.40 ~ 6.34 (dd, 1H), 6.23 ~ 6.02 (m, 2H), 4.34 ~ 3.8 (m, 2H), 3.88 (s, 3H), 2.58 ~ 2.47 (m, 1H), 1.95 ~ 1.92 (m, 2H), 1.83 (m, 1H), 1.53 ~ 1.28 (m, 2H), 0.66 (m, 1H )
1-(2) 중합체의 합성
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 메톡시 신나메이트 ) 의 중합
250 ㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 5-노보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 20 g (70.4 mmol)과 용매로 정제된 톨루엔 100 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 2 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 3.16㎎과 트리시클로헥실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 27 mg을 넣고 18시간 동안 90℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24 시간 동안 건조하여 5-노보넨 -2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 중합체 18g을 얻었다. (Mw=177,500, PDI = 2.06, 수율 = 90 %).
합성예 2
2-(1) 단량체의 합성
4- 에톡시 신나믹 엑시드
상온에서 말론산(malonic acid) (35g, 0.336 mol)에 피리딘(pyridine) (50g, 과량의 용매 (excess as solvent))과 소량의 피페리딘(piperidine)을 넣고 15분간 교반하여 산을 모두 녹였다. 그 후 에톡시 벤즈알데하이드(25.2g, 0.168 mol)을 넣고 80℃로 가열하였다. 반응의 부산물인 CO2 가스가 격렬히 발생하고 밤새(overnight) 반응 시킨 후 반응이 완료되었다. 이를 희석한(dilute) HCl 수용액으로 켄칭(Quenching)하고 에틸 아세테이트(ethyl acetate)로 마무리(work-up)하였다. 용매(solvent)를 제거하여 흰색 고체 형태의 생성물을 얻었다.
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 에톡시 신나메이트 ) 합성
상온에서 1L 2-구 플라스크에 실시예 2-(1)에서 합성한 4-에톡시 신나믹 엑시드 (40 g, 0.21mol), 노보넨 메탄올(23.5g, 0.19mol), DMAP (4-디메틸아미노피리 딘)(알드리치, 2.56g, 0.021mol)를 넣고 MC(메틸렌클로라이드) 500㎖에 녹인후 0℃로 반응온도를 낮췄다. 이 후, 상온에서 DCC (N,N'-디시클로헥실카르보디이미드)(알드리치, 43.3g, 0.21mol)를 MC 100ml 에 녹인 후 상기 용액에 천천히 적가하였다. 30분 후 이를 상온으로 서서히 올리고 밤새(overnight) 반응을 진행시켰다. 반응이 완료되면 생성된 부산물인 우레아를 여과한 후, 여과액(filtrate)을 다량의 에틸 아세테이트를 이용하여 추출하고, NaHCO3와 H2O로 씻어주고 무수 MgSO4로 건조시킨 후, 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거하여 생성물을 얻었다. 아세토니트릴 용매를 이용하여 -5℃에서 재결정방법을 통해 순수한 생성물 45g(수율: 80%)을 얻었다.
2-(2) 중합체의 합성
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 에톡시 신나메이트 ) 의 중합
250 ㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 5-노보넨-2-메틸-(4-에톡시 신나메이트) 13.7 g (46 mmol)과 용매로 정제된 톨루엔 40 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 2 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 3.4㎎과 트리시클로헥실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 29.4 mg을 넣고 18시간 동안 90℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24 시간 동안 건조하여 5-노보넨-2-메틸-(4-에톡시 신나메이트) 중합체 10g을 얻었다. (Mw=100,000, PDI = 2.48, 수율 = 73 %).
합성예 3
3-(1) 단량체의 합성
4- 프로폭시 신나믹 엑시드
상온에서 말론산(malonic acid) (101g, 0.968 mol)에 피리딘(pyridine) (76.6g, 0.968 mol)과 피페리딘(piperidine) (4g, 0.048mol)을 넣고 15분간 교반하여 산을 모두 녹였다. 그 후 프로폭시 벤즈알데하이드(79.5g, 0.484 mol)를 넣고 80℃로 가열하였다. 반응의 부산물인 CO2 가스가 격렬히 발생하고 밤새(overnight)반응시킨 후 반응이 완료되었다. 이를 희석한(dilute) HCl 수용액으로 켄칭(Quenching)하여 흰색 고체 형태의 생성물이 생기면 이를 걸러내어 물을 이용해 씻어주고 건조하면 순수한 흰색 고체 형태의 생성물을 얻을 수 있다.
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 프로폭시 신나메이트 ) 합성
상온에서 1L 2-구 플라스크에 실시예 3-(1)에서 합성한 4-프로폭시 신나믹 엑시드 (28 g, 0.137mol), 노보넨 메탄올(15.5g, 0.12mol), DMAP (알드리치, 1.7g, 0.014mol)를 넣고 MC 300㎖에 녹인후 0℃로 반응온도를 낮췄다. 이 후, 상온에서 DCC (알드리치, 28.3g, 0.137mol)를 MC 50ml 에 녹인 후, 이를 상기 용액에 천천히 적가하였다. 30분 후 이를 상온으로 서서히 올리고 밤새(overnight)반응을 진행시켰다. 반응이 완료되면 생성된 부산물인 우레아를 여과한 후, 여과액(filtrate)을 다량의 에틸 아세테이트를 이용하여 추출하고, NaHCO3와 H2O로 씻어주고 무수 MgSO4로 건조시킨 후, 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거하여 생성물을 얻었다. 컬럼 크로마토그래피(헥산:에틸아세테이트 = 20 : 1 )로 정제하여 순수한 생성물인 5-노보넨-2-메틸-(4-프로폭시 신나메이트) 31g을 얻었다. (수율 : 80%)
3-(2) 중합체의 합성
5- 노보넨 -2- 메틸 -(4- 프로폭시 신나메이트 )의 중합
250 ㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 5-노보넨-2-메틸-(4-프로폭시 신나메이트) 30.5 g (0.098 mol)과 용매로 정제된 톨루엔 120 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 2 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 7.3㎎과 트리시클로헥실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 62.5 mg을 넣고 18시간 동안 90℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24 시간 동안 건조하여 5-노보넨 -2-메틸-(4-프로폭시 신나메이트) 중합 체 26.1g을 얻었다. (Mw=249,434, PDI = 3.54, 수율 = 85.6%).
합성예 4
4-(1) 단량체의 합성
5- 노보넨 -2- 메틸신나메이트의 합성
250ml 2구 플라스크에 상기 합성예 1에서 합성한 5-노보넨-2-메탄올(15g, 0.121mol), 트리에틸아민(알드리치, 61.2g, 0.605mol) 및 THF 20ml를 넣은 후 0℃ 얼음물 수조(ice-water bath)에서 교반하였다. 상온에서 시나모일 클로라이드(22.1g, 0.133mol)를 60ml THF 에 녹인후 첨가 플라스크(additional flask)를 사용하여 상기 반응물에 천천히 넣어주었다. 10분후 반응물을 상온으로 올린 후 1시간 더 교반시켜 주었다. 에틸 아세테이트로 용액을 묽히고 분액 깔대기로 옮긴 다음 물과 NaHCO3 로 여러 번 씻어준 후 감압증류하여 용매를 제거하였다. 컬럼 크로마토그래피(헥산:에틸 아세테이트=20:1)로 정제하여 생성물을 얻었다. (수율 : 88%)
1H-NMR (300MHz, CDCl3) : δ7.71 ~ 7.66 (dd, 1H), 7.53 ~ 7.36 (m, 5H), 6.49 ~ 6.42 (dd, 1H), 6.17 ~ 5.98 (m, 2H), 4.10 ~ 3.76 (m, 2H), 2.94 ~ 2.75 (m, 2H), 2.45 (m, 1H) , 1.91 ~ 1.83 (m, 1H), 1.48 ~ 1.16 (m, 2H) , 0.59 (m, 1H )
4-(2) 중합체의 합성
5- 노보넨 -2- 메틸신나메이트의 중합
250 ㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 5-노보넨-2-메틸신나메이트 5 g(19.66 m㏖)과 용매로 정제된 톨루엔 5 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 1 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 0.88 ㎎과 트리사이클로헥실포스핀 1.1 mg, 디메틸아닐리늄 테트라키스펜타플루오로페닐 보레이트(dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate) 6.3 mg을 넣고, 18시간 동안 40℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24시간 동안 건조하여 5-노보넨-2-메틸신나메이트 중합체 1.6g을 얻었다 (Mw=703,000, PDI = 2.0, 수율 = 32 %).
합성예 5
5-(1) 단량체의 합성
4-히드록시 메틸신나메이트의 합성
상온에서 4-히드록시 신나믹애시드(알드리치, 20g, 0.122mol)를 메탄올 120ml 에 녹인 후 황산 2ml를 넣었다. 65℃에서 5 시간 환류한 후 반응물을 식히고 감압하여 과량으로 남은 메탄올을 제거하였다. 붉은색의 고체를 얻었다. 이를 다량의 에틸 아세테이트로 추출한 후 NaHCO3 수용액으로 씻어주고 무수 MgSO4로 건조한 후 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거한 후 붉은색 고체형태의 생성물을 얻을 수 있었다. 수율: 20.63g (95%)
1H-NMR (400MHz, 아세톤 d6): δ7.58 ~ 7.62 (d, 1H), 7.53 ~ 7.55 (dd, 2H), 6.88 ~ 6.91 (dd, 2H), 6.32 ~ 6.36 (d, 1H), 3.70 (s, 3H)
( 메틸 신나메이트 )-5- 노보넨 -2- 카르복실레이트의 합성
상온에서 250ml 2-구 플라스크에 노보넨 카르복실 애시드 (알드리치, 11g, 79.64mmol), 상기에서 합성한 4-히드록시 메틸신나메이트 (12.9g, 72.4mmol), EDC [1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride](알드리치, 22.2g, 115.84mmol) 및 HOBT (1-Hydroxybenzotriazole hydrate) (알드리치, 14.7g, 108.6mmol)를 넣고 DMF 100ml에 녹였다. 0℃로 온도를 낮춘 후 트리에틸아민 (알드리치, 50ml, 362mmol) 을 천천히 떨어뜨려주었다. 상온으로 올린 후 3 시간 후 반응이 종료되면 다량의 에틸 아세테이트로 추출하였다. NaHCO3 수용액으로 씻어주고 무수 MgSO4로 건조한 후 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거하여 노란색 고체형태의 생성물을 얻었다. 컬럼 크로마토그래피(헥산 : 에틸 아세테이트 = 6 : 1)로 정제하여 순수한 생성물을 얻었다. (수율 : 60%)
1H-NMR (300MHz, CDCl3) : δ7.64 ~ 7.69 (dd, 1H), 7.50 ~ 7.53 (dd, 2H), 7.05 ~ 7.14 (dd, 2H), 6.36 ~ 6.43 (dd, 1H), 6.06 ~ 6.27 (m, 2H), 3.80 (s, 3H), 2.99 ~ 3.39 (m, 3H), 2.01 (m, 1H) , 1.35 ~ 1.60 (m, 3H)
5-(2) 중합체의 합성
( 메틸 신나메이트 )-5- 노보넨 -2- 카르복실레이트의 중합
250 ㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 (메틸 신나메이트)-5-노보넨-2-카르복실레이트 3 g(10.06 mmol)과 용매로 정제된 톨루엔 7 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 1 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 0.98㎎과 트리사이클로헥실포스핀 1.13mg, 조촉매로 디메틸아닐리늄 테트라키스펜타플루오로페닐 보레이트(dimethylanilinium tetrakis (pentafluorophenyl)borate) 6.4 mg을 넣고 5시간 동안 90℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 5시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24 시간 동안 건조하여 (메틸 신나메이트)-5-노보넨-2-카르복실레이트 중합체 1.36 g을 얻었다 (Mw=289,000, PDI=2.76, 수율 = 45 %).
합성예 6
6-(1) 단량체의 합성
6-(4- 옥시 메틸 신나메이트 ) 헥사놀의 합성
상온에서 250ml 2구 플라스크에 상기 합성예 5에서 합성한 4-히드록시 메틸신나메이트 (8g, 44.9mmol), NaOCH3 (알드리치, 2.4g, 44.9mmol) 및 NaI (270mg, 촉매량)를 넣고 100ml 다이메틸아세트아마이드에 녹였다. 1시간 교반 후, 클로로헥사놀 (알드리치, 6ml, 44.9mmol) 을 넣고 100℃ 에서 2일 동안 환류시켰다. 반응이 완료되면 상온으로 식힌 후 용매를 제거하였다. 이어서, 상온에서 생성된 고체를 다량의 메탄올에 녹여 녹지않는 고체부분을 제거한 후 감압하여 용매를 제거하면 하얀색 고체의 생성물 8.4g 을 얻었다 (수율: 67.2%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) : δ7.64 ~ 7.68 (d, 1H), 7.48 ~ 7.49 (dd, 2H), 6.89 ~ 6.91 (dd, 2H), 6.30 ~ 6.34 (d, 1H), 3.98 ~ 4.02 (t, 2H), 3.81 (s, 3H), 3.67 ~ 3.70 (t, 2H), 1.46 ~ 1.84 (m, 8H)
6-(4- 옥시 메틸 신나메이트 ) 헥실 -5- 노보넨 -2- 카르복실레이트의 합성
상온에서 250ml 2-구 플라스크에 노보넨 카르복실 애시드 (알드리치, 5g, 36.22mmol), 상기에서 합성한 6-(4-옥시 메틸 신나메이트)헥사놀 (8.4g, 30.18mmol), EDC (알드리치, 9.26g, 48.29mmol), HOBT(1-히드록시벤조트리아졸)(알드리치, 6.12g, 45.27mmol) 를 넣고 DMF 70ml 에 녹였다. 0℃로 온도를 낮춘 후 트 리에틸아민 (알드리치, 21ml, 150.9mmol) 을 천천히 떨어뜨려주었다. 상온으로 올린 후 하룻밤 후 반응이 종료되면 다량의 에틸 아세테이트로 추출하였다. NaHCO3 수용액으로 씻어주고 무수 MgSO4 로 건조한 후 여과하여 회전식 증발기로 용매를 제거하여 노란색 액체형태의 생성물을 얻었다. 컬럼 크로마토그래피(헥산 : 에틸 아세테이트 = 7 : 1)로 정제하여 순수한 생성물을 얻었다. (수율 : 70%)
1H-NMR (400MHz, CDCl3) : δ7.65 ~ 7.69 (d, 1H), 7.47 ~ 7.49 (dd, 2H), 6.90 ~ 6.92 (dd, 2H), 6.31 ~ 6.35 (d, 1H), 5.93 ~ 6.22 (m, 2H), 3.99 ~ 4.05 (tt, 4H), 3.81 (s, 3H), 2.92 ~ 3.22 (m, 3H), 2.19 (m, 1H), 1.28 ~ 1.85 (m, 11H)
6-(2) 중합체의 합성
6-(4- 옥시 메틸 신나메이트 ) 헥실 -5- 노보넨 -2- 카르복실레이트의 중합
250㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 6-(4-옥시 메틸 신나메이트)헥실-5-노보넨-2-카르복실레이트 5 g (12.55 mmol)과 용매로 정제된 톨루엔 5 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 디클로로메탄 2 ㎖에 녹인 Pd(OAc)2 5.6 ㎎과 트리사이클로헥실포스핀 7 mg, 조촉매로 디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐) 보레이트(dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate) 40.2 mg을 넣고, 18시간 동안 90 ℃에서 교반하면서 반응시켰다.
반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 흰색의 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 65℃로 24시간 동안 건조하여 노보넨 메틸신나메이트 중합체 1.6 g을 얻었다(수율 : 32 %).
합성예 7
7-(1) 개환고리 중합체 합성
METCD 의 개환고리반응에 의한 중합체 합성
250㎖ 쉬렌크(schlenk) 플라스크에 모노머로 8-메톡시-카르보닐 테트라시클로[4, 4, 0, 12,5, 17,10 ]도데-3-센 (METCD) 13.2 g (0.1mol) 과 1-옥텐1.1 g (10 mmol) 및 용매로 정제된 톨루엔 60 ㎖를 투입하였다. 이 플라스크에 촉매로 톨루엔 1 ㎖에 녹인 0.02mmol 의 WCl6 과 0.14mmol 의 트리에틸알루미늄을 넣고 80℃ 에서 18시간 교반하면서 반응시켰다. 반응 18 시간 후에 상기 반응물을 과량의 아세톤에 투입하여 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 70℃로 24 시간 동안 건조하여 METCD개환고리 중합체 11.8 g을 얻었다 (수율 : 90 %).
METCD 개환고리 중합체의 수소화 반응
300㎖ 고압반응기에 상기 합성예에서 합성한 METCD 개환고리 중합체 15g 과 용매로 톨루엔 150㎖ 를 투입하였다. 이 반응기에 촉매로 [RuHCl(CO)(PCy3)3] 70ppm 을 넣고, 수소압력 10Mpa을 가하고 165℃에서 4시간 교반하여 수소화 반응시켰다. 반응 완료 후 수소압력을 제거하고, 상기 반응물을 과량의 에탄올에 투입하여 수소화된 개환고리 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 70℃로 24 시간 동안 건조하여 수소화된 개환고리 중합체를 얻었다 (수소화율 : 99.7 %).
7-(2) 개환고리 중합체의 개질( modification )
METCD 개환고리 중합체의 환원 반응
250 ㎖ 2구 플라스크에 상기 합성예 7-(1)에서 합성한 METCD 개환고리 중합체 (22g, 0.1mol), 및 THF 100ml를 넣은 후, 0℃ 얼음물 수조(ice-water bath)에서 교반하였다. 리튬알루미늄하이드라이드(LiAlH4) (알드리치, 4.2g, 0.11mol) 를 10ml THF 에 녹인후 첨가 플라스크(additional flask)를 사용하여 상기 반응물에 천천히 넣어주었다. 2시간 후 반응물을 상온으로 올린 후 3시간 더 교반시켜 주었다. 반응 용액을 다량의 에탄올에 침전시켜 METCD의 에스테르 작용기가 알코올로 환원된 개환고리 중합체(TCD-CH2OH 의 개환고리 중합체)를 15.4g 얻을 수 있었다. (수율 : 70%)
TCD - CH 2 OH 개환고리 중합체의 에스터화 반응 ( 시나메이트 작용기 도입)
상온에서 250㎖ 2구 플라스크에 상기 합성한 TCD-CH2OH 개환고리 중합체 (2.3g, 12.1mmol), 4-메톡시 신나믹 엑시드 (알드리치, 2.15g, 12.1mmol), EDC[1-(3-디메틸아미노프로필)-3-에틸카르보이미드 하이드로클로라이드] (알드리치, 3.7g, 19.4mmol) 및 HOBT (1-히드록시벤조트리아졸 하이드레이트) (알드리치, 2.45g, 18.2mmol)를 넣고 DMF 100ml 에 녹인다. 이 반응 용액에 트리에틸아민 (알드리치, 75ml, 0.605mol) 을 천천히 떨어뜨려준다. 3 시간 교반한 후 반응이 종료되면 반응용액을 다량의 에탄올에 침전시켜 메톡시 시나모일기가 도입된 개환고리 중합체를 얻을 수 있었다. (중합체 개질 전환율(modification conversion): 70%)
합성예 8
8-(1) 시클로 올레핀 공중합체 합성
페닐 NB 과 에틸렌의 공중합체 합성
건조시킨 250㎖ 회분식 반응기에 모노머로 페닐노보넨 5.1 g (30mmol)과 용매로 정제된 톨루엔 50 ㎖를 투입하였다. 이 반응기 온도를 70℃까지 상승시킨 후, 촉매로 0.3 μmol 의 [PhCH(fluorenyl)(Cp)]ZrCl2 과 1.2mmol 의 MAO(메틸 알루미녹산(methyl aluminoxane))를 투입한 후 에틸렌 압력을 75psi 로 유지시키면서 20분 동안 중합반응시켰다. 이후에 과압의 에틸렌을 제거하고, 반응용액을 다량의 메탄 올/염산수용액(부피비 1/1) 에 떨어뜨려 중합체 침전물을 얻었다. 이 침전물을 유리 깔때기로 걸러서 회수한 중합체를 진공오븐에서 70℃로 24 시간 동안 건조하여 페닐노보넨/에틸렌 공중합체를 얻었다.
(수율 = 4.5g, Mw=129,000, PDI=2.4)
8-(2) 시클로 올레핀 공중합체의 개질
프라이델 - 크래프트 아실화반응( Friedel - Crafts Acylation )
250㎖ 2구 플라스크에 상기 합성예 8-(1)에서 합성한 페닐노보넨/에틸렌 공중합체 19.8g (0.1 mol)과 용매로 CH3CN 150㎖ 를 투입한다. 이 반응 용액에 10mol%의 Cu(OTf)2 를 촉매로 투입한 뒤 80℃ 에서 8시간 반응시켰다. 이후 반응용액을 다량의 메탄올에 떨어뜨려 중합체를 침전시키고 이를 걸러내어 시나모일 작용기가 도입된 페닐노보넨/에틸렌 공중합체를 얻을 수 있었다. (중합체 개질전환율 (modification conversion) : 65%)
실시예 1: 배향막의 제조
상기 합성예 1에서 제조된 5-노보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 중합체를 c-펜타논 (c-pentanone) 용매에 2 중량%의 농도로 용해하고, 두께 80 마이크론의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (상품명: SH71, 한국의 SKC사 제조) 기판상에, 건조 후 두께가 1000Å 되도록 롤 코팅 방법으로 코팅하였다. 그 후, 80 ℃ 오븐에서 3 분 간 가열하여 코팅막 내부의 용매를 제거하여 코팅막을 형성하였다.
노광은 200mW/㎠ 세기의 고압 수은등을 광원으로 하고, Moxtek 사의 와이어-그리드(Wire-grid) 폴로라이저를 이용하여 필름의 진행 방향과 수직하게 편광된 UV가 나오도록 하여 코팅막에 5초간 조사하여 배향을 부여하여 배향막을 형성하였다.
그 후, 자외선 중합성 시아노 비페닐 아크릴레이트 95.0중량%와 광개시제로 이가큐어907 (스위스의 Ciba-Geigy사 제조) 5.0 중량%이 혼합된 고형분을 액정용액 100중량부당 액정함량이 25중량부가 되도록 톨루엔에 용해시켜 중합가능한 반응성 액정 용액을 제조하였다.
제조된 액정용액을 롤 코팅방법에 의해 상기 형성된 광배향막위에 건조 후의 두께가 1㎛이 되도록 코팅한 후, 80℃로 2분간 건조하여 액정 분자가 배향되도록 하였다. 배향된 액정 필름은 200mW/㎠ 세기의 고압 수은등을 광원으로 하는 비편광 UV를 조사하여 액정의 배향 상태를 고정화시켜 위상차 필름을 제조하였다.
상기 제조된 위상차 필름에 대한 배향성은 편광판 사이의 빛샘을 트랜스미턴스(transmittance)로 측정하여 비교하고, 정량적인 위상차 값은 Axoscan (Axomatrix사 제조)를 사용하여 측정하였다.
실시예 2
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 2에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 3
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 3에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 4
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 4에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 5
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 5에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 6
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 6에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 7
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 7에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 8
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 합성예 8에서 제조된 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 9
광배향막의 편광 UV의 방향이 필름의 진행 방향에 대하여 15도가 되도록 조사한 것으로 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
실시예 10
광배향막의 편광 UV의 방향이 필름의 진행 방향에 대하여 75도가 되도록 조사한 것으로 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 위상차 필름을 제조하였다.
비교예 1
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 하기 화학식의 화합물을 이용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 배향막을 제조하였다.
Figure 112008029043796-pat00028
CelAc = 셀룰로스 아세테이트 (Cellulose Acetate)
비교예 2
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 하기 화학식의 화합물을 이용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 배향막을 제조하였다.
Figure 112008029043796-pat00029
Cel = 셀룰로스
비교예 3
합성예 1에서 제조된 중합체 대신 하기 화학식의 화합물을 이용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 배향막을 제조하였다.
Figure 112008029043796-pat00030
CelAc = 셀룰로스 아세테이트 (Cellulose Acetate)
시험예 1
광반응성 평가 - FT - IR 스펙트럼
배향막의 광반응성은, 실시예 1 내지 6, 9 및 10 그리고 비교예 1 내지 3에서 제조된 액정 배향막의 FT-IR 스펙트럼을 관찰하여 노광 (20 mW/cm2의 세기를 갖는 수은 램프를 이용) 함에 따라 중합체의 상기 화학식 a 내지 c 중 C=C 결합의 스트레칭 모드의 세기가 초기값의 절반이 될 때까지의 시간(t1 /2)과 에너지로 환산한 값(E1 /2 = 20 mW/㎠×t1 /2) 을 기준으로 비교 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
t1 /2을 비교해 보면 실시예 1 내지 6, 9 및 10 의 경우가 비교예 1 내지 3 보다 약 1/20 내지 1/4 가량 단축됨을 알 수 있고, 이로써 본 발명에 의한 액정 배향막의 광반응속도가 우수함을 확인할 수 있었다.
T1 /2 (분) E1 /2 (J/ cm 2 )
실시예 1 1.0 1.1
실시예 2 1.1 1.2
실시예 3 1.2 1.2
실시예 4 1.0 1.2
실시예 5 1.1 1.3
실시예 6 1.0 1.2
실시예 9 1.0 1.1
실시예 10 1.0 1.1
비교예 1 20.1 24.1
비교예 2 9.3 11.2
비교예 3 4.5 5.4
시험예 2: 배향성 평가( 빛샘정도 평가)
배향막의 배향성은 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1에서 제조된 액정 위상차 필름을 수직으로 배치된 두개의 편광자 사이에서 편광 현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 투과도(Transmittance)로 도 4에 나타내었다.
즉, 투과도는 COP (cyclo olefin polymer) 재질의 일축연신 위상차 필름 (일본의 zeon사 제조)을 기준으로, 수직으로 배치된 편광자 사이에서 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1에서 제조된 액정 위상차 필름을 넣고 입사된 빛이 편광판과 위상차 필름을 통과하여 어느정도 투과하는지를 편광현미경으로 관찰하여 빛샘정도를 측정하여 도 4에 나타내었다.
한편, 러빙배향막에 대한 빛샘정도를 또한 동일한 방법으로 측정하여 본 발명에 의한 배향막과 비교하였다. 러빙배향막은 폴리에스터 기재의 표면을 레이온 러빙천으로 감김롤을 이용하여 러빙하여 배향을 부여하여 사용하였다. 러빙 처리를 통해 액정 위상차 필름을 제작할 경우 표면이 문지름(Rubbing)에 의해 일정한 방향으로의 응력을 받게 되고 구조적인 변화를 동반하게 되어 최종적으로 액정 배향성을 갖게 되기 때문에 배향 방향이 일정하여 통상적으로 광반응기를 이량화시켜 분자를 배향하는 광배향막에 비해 배향성이 우수하다고 알려져 있다.
그러나, 도 4에서 보듯이, 본 발명에 의한 실시예 1 내지 3의 위상차 필름은 액정의 배향방향이 균일하여 러빙 배향막을 이용한 위상차 필름이나 사이클로 올레핀 폴리머로된 연신 위상차 필름의 배향력에 비하여 떨어지지 않는 위상차 필름의 제조가 가능하며, 러빙에 의한 먼지의 흡착이나 스크래치의 형성을 유발시키는 요인이 없어 성능 및 생산수율이 향상된 위상차 필름의 생산이 가능하다.
시험예 3 : 열안정성 평가
1. 열중량 분석 ( TGA , Thermogravimetric analysis )
상기 합성예 1에서 얻은 5-노보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 중합체를 가지고 TA Instrument 사의 열중량 분석기 (모델명 : TGA 2950)를 사용하여 질소 기류하에서 실온 내지 600℃의 온도 범위에서 10 ℃/min의 승온 속도의 조건에서 열중량 분석을 실시하였다. 그 결과, 5-노보넨-2-메틸-(4-메톡시 신나메이트) 중합체는 300℃ 이하에서는 안정하였고, 이후 300℃ 를 초과하는 온도에서 점차로 열분해되는 것을 확인할 수 있었다.
2. 온도에 따른 빛샘 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 배향막 제작을 완료한 후, 60, 80, 100℃로 각 10 분 동안 재가열한 후, 온도 변화를 겪은 배향막을 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 위상차 필름을 제작한 후 액정의 배향 상태를 편광 현미경으로 관찰하였다. 결과는 투과도(Transmittnace)로 하기 도 5에 나타내었다.
도 5에서 보듯이, 상기 실시예1의 경우는 액정의 배향방향이 온도 변화에 상관없이 일정하게 나타나 낮은 투과도를 나타내지만 비교예 1의 배향막을 적용할 경우, 온도에 따라 안정성이 떨어져 배향력이 저하되게 되고 결국 액정의 배향방향이 크게 흔들리는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 4: 위상차값 측정
Axomatrix사의 Axoscan을 이용하여 실시예 1, 2, 3에서 제조된 위상차 필름의 위상차를 측정하여 각각 도 6, 7, 8에 나타내었다. 도 6 내지 8의 그래프에서 알 수 있듯이, -50.00~+50.00°입사각(incident angle)에서 대칭되는 균일한 리타던스(Retardance)를 나타내며, 이로부터 실시예 1 내지 3의 위상차 필름은 한방향으로 균일하게 배향됨을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광배향막을 이용한 위상차 필름의 제조공정을 나타내는 도면이며,
도 2는 배향막에 임의의 각도로 배향을 부여한 본 발명에 따른 위상차 필름의 제조공정을 나타내는 도면이며,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 적층형 위상차 필름을 나타내는 도면이며,
도 4는 시험예 2에 따른 위상차 필름의 투과도(transmittance)를 나타내는 그래프이며,
도 5 는 시험예 3에 따른 배향막의 온도에 따른 위상차 필름의 투과도(transmittance)를 나타내는 그래프이며,
도 6 은 실시예 1에서 제조된 위상차 필름에 대한 정량적인 위상차 측정값을 나타내는 그래프이며,
도 7 은 실시예 2에서 제조된 위상차 필름에 대한 정량적인 위상차 측정값을 나타내는 그래프이며,
도 8 은 실시예 3에서 제조된 위상차 필름에 대한 정량적인 위상차 측정값을 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 기재필름 2: 배향막(중합체막)
3: UV 폴로라이저 4: 자외선
5: 액정층(위상차층) 6: UV 폴로라이저의 흡수축
7: 액정 필름의 배향 방향 8: 필름의 진행 방향
9: 적층형 위상차 필름

Claims (38)

  1. 기재;
    상기 기재상에 형성된 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위를 포함하는 중합체로 형성된 배향막; 및
    상기 배향막상에 네마틱 액정으로 형성된 액정층을 포함하는 위상차 필름.
    [화학식 1a]
    Figure 112010036468664-pat00092
    [화학식 1b]
    Figure 112010036468664-pat00093
    [화학식 1c]
    Figure 112010036468664-pat00094
    (식중, 화학식 1a, 1b 및 1c에서, P는 0 내지 4의 정수이며,
    R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 a, b, 및 c 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 라디칼이며,
    R1, R2, R3, 및 R4 중 나머지는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R1 과 R2, 또는 R3 와 R4 가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R1 또는 R2 가 R3 및 R4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬, 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있고,
    [화학식 a]
    Figure 112010036468664-pat00032
    [화학식 b]
    Figure 112010036468664-pat00033
    [화학식 c]
    Figure 112010036468664-pat00095
    상기 화학식 a, b, 및 c 에서,
    A 및 A'는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시; 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
    B는 산소, 황 또는 -NH-이고;
    R9 는 단순 결합, 치환 또는 비치환된 C1- 20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
    R10, R11, R12, R13, 및 R14 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 C6-30의 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴, 14족, 15족, 16족의 헤테로원소가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로 아릴 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 알콕시아릴로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 화학식 1c에서 Ra는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다.)
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)는 -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6, -R5NNC(=S)R6, -NO2, -R5NO2,
    Figure 112010036468664-pat00096
    Figure 112010036468664-pat00039
    Figure 112010036468664-pat00040
    로 구성되는 그룹으로 부터 선택되며,
    상기 비탄화수소 극성기에서 R5은 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R6, R7, 및 R8 은 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중합체는 중합도가 50-5000임을 특징으로 하는 위상차 필름.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름.
    [화학식 3a]
    Figure 112010036468664-pat00097
    [화학식 3b]
    Figure 112010036468664-pat00098
    [화학식 3c]
    Figure 112010036468664-pat00099
    (상기 화학식 3a, 3b 및 3c 에서,
    p'는 0 내지 4의 정수이고,
    R'1, R'2, R'3, 및 R'4는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R`1 과 R`2, 또는 R`3 와 R`4가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R`1 또는 R`2가 R`3 및 R`4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있으며,
    상기 화학식 3c에서 R'a는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다.)
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)는 -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6,
    Figure 112010036468664-pat00100
    Figure 112010036468664-pat00046
    Figure 112010036468664-pat00047
    로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 비탄화수소극성기에서 R5 은 각각 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있으며,
    R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위 1 내지 99 몰% 및 상기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위 1 내지 99 몰%을 포함함을 특징으로 하는 위상차 필름.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 중합체는 중합도가 50 내지 5,000임을 특징으로 하는 위상차필름.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 배향막은 선편광된 자외선 조사에 의하여 원하는 임 의의 방향으로 배향이 부여됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 자외선은 세기가 100-1000 mW/㎠임을 특징으로 하는 위상차 필름.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 배향막은 위상차 필름의 진행방향에 대하여 수평방향에서 수직방향까지의 범위에 해당하는 임의의 각도 범위의 방향으로 배향됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 0.01-0.3의 복굴절율을 가짐을 특징으로 하는 위상차 필름.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 배향막과 동일한 방향으로 배향됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 아크릴레이트기를 갖는 것임을 특징으로 하는 위상차 필름.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 위상차 필름은 위상차가 1/4 파장 또는 1/2 파장임을 특징으로 하는 위상차 필름.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 배향막 및 액정층이 각각 교대로 2이상 적층됨을 특징으로 하는 위상차 필름.
  18. 청구항 1의 위상차 필름 및 편광필름을 포함하는 편광판.
  19. 기재;
    상기 기재상에 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위로된 중합체 용액을 코팅 및 건조하여 중합체막을 형성하는 단계;
    [화학식 1a]
    Figure 112010036468664-pat00101
    [화학식 1b]
    Figure 112010036468664-pat00102
    [화학식 1c]
    Figure 112010036468664-pat00103
    (화학식 1a, 1b 및 1c에서, P는 0 내지 4의 정수이며,
    R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 a, b, 및 c 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 라디칼이며,
    R1, R2, R3, 및 R4 중 나머지는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R1 과 R2, 또는 R3 와 R4가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R1 또는 R2가 R3 및 R4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬, 또는 C6-24의 방향족 고리화합물을 형성할 수 있고,
    [화학식 a]
    Figure 112010036468664-pat00049
    [화학식 b]
    Figure 112010036468664-pat00050
    [화학식 c]
    Figure 112010036468664-pat00104
    상기 화학식 a, b, 및 c 에서,
    A 및 A'는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시; 및 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
    B는 산소, 황 또는 -NH-이고;
    R9 는 단순 결합, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며;
    R10, R11, R12, R13 및 R14 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 C6-30의 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴, 치환 또는 비치환된 C6-40의 알콕시아릴 및 14족, 15족, 16족의 헤테로원소가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로 아릴로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 화학식 1c에서 Ra는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다.)
    상기 중합체막에 필름 진행방향에 대하여 일정한 방향으로 배향성을 갖도록 선편광된 자외선을 조사하여 배향을 부여하여 배향막을 형성하는 단계;
    상기 배향막위에 네마틱 액정용액을 코팅 및 건조시켜 액정층을 형성하는 단계; 및
    상기 액정층을 경화하여 액정층의 배향을 고정하는 단계를 포함하는 위상차 필름 제조방법.
  20. 삭제
  21. 제 19항에 있어서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)는, -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6, -R5NNC(=S)R6, -NO2, -R5NO2,
    Figure 112010036468664-pat00105
    Figure 112010036468664-pat00056
    Figure 112010036468664-pat00057
    로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 비탄화수소 극성기에서 R5은 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 중합체는 중합도가 50-5000임을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위, 선형 올레핀으로부터 유래된 반복단위 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
    [화학식 3a]
    Figure 112010036468664-pat00106
    [화학식 3b]
    Figure 112010036468664-pat00107
    [화학식 3c]
    Figure 112010036468664-pat00108
    (상기 화학식 3a, 3b 및 3c에서,
    p'는 0 내지 4의 정수이고,
    R'1, R'2, R'3 및 R'4는 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐; 및 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    R`1 과 R`2, 또는 R`3 와 R`4가 서로 연결되어 C1-10의 알킬리덴 그룹을 형성하거나, 또는 R`1 또는 R`2가 R`3 및 R`4 중의 어느 하나와 연결되어 C4-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬 또는 C6-24의 방향족 고리화합물로 형성할 수 있으며,
    상기 화학식 3c에서 R'a는 수소원자 또는 C1-20의 탄화수소기이다.)
  24. 삭제
  25. 제 23항에 있어서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)는, -OR6, -OC(=O)OR6, -R5OR6, -R5OC(=O)OR6, -C(=O)OR6, -R5C(=O)OR6, -C(=O)R6, -R5C(=O)R6, -OC(=O)R6, -R5OC(=O)R6, -(R5O)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -(OR5)q-OR6(q는 1 내지 10의 정수), -C(=O)-O-C(=O)R6, -R5C(=O)-O-C(=O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6,
    Figure 112010036468664-pat00109
    Figure 112010036468664-pat00063
    Figure 112010036468664-pat00064
    로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 비탄화수소극성기에서 R5은 각각 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 및 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있으며,
    R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 C1-20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 C5-12의 포화 또는 불포화 시클로 알킬; 치환 또는 비치환된 C6-40의 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20의 알키닐로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 중합반복단위 1 내지 99 몰% 및 상기 화학식 3a, 3b 또는 3c의 중합반복단위 1 내지 99 몰% 를 포함함을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 중합체는 중합도가 50 내지 5,000임을 특징으로 하는 위상차필름 제조방법.
  28. 제 19항에 있어서, 상기 배향막은 선편광된 자외선 조사에 의하여 원하는 임 의의 방향으로 배향이 부여됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 자외선은 세기가 100-1000 mW/㎠ 임을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  30. 제 19항에 있어서, 상기 배향막은 위상차 필름의 진행방향에 대하여 수평방향에서 수직방향까지의 범위에 해당하는 임의의 각도 범위의 방향으로 배향됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  31. 제 19항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 0.01-0.3의 복굴절율을 가짐을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  32. 제 19항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 배향막과 동일한 방향으로 배향됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  33. 제 19항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 아크릴레이트기를 갖는 것임을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  34. 제 19항에 있어서, 상기 위상차 필름은 위상차가 1/4 파장 또는 1/2 파장임을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  35. 제 19항에 있어서, 상기 배향막 및 액정층이 각각 교대로 2이상 적층됨을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  36. 제 19항에 있어서, 상기 배향막은 두께가 800-2000Å임을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  37. 제 19항에 있어서, 상기 배향막은 70-300℃ 에서 30초-60분간 건조시킴을 특징으로 하는 위상차 필름 제조방법.
  38. 삭제
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