KR101042214B1 - 배향막 조성물, 이로 제조된 배향막, 배향막 제조방법, 이를 포함하는 광학필름 및 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

배향막 조성물, 이로 제조된 배향막, 배향막 제조방법, 이를 포함하는 광학필름 및 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재 및 액정층과의 우수한 접착력 및 액정에 대한 우수한 수직 배향성을 나타내는 액정 배향막 조성물, 이로 제조된 액정 배향막, 액정 배향막 제조방법, 액정 배향막을 포함하는 광학필름 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 광경화성 수지 바인더 1-50중량%, 1차 및 2차 아미노 계열의 커플링제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 아민 화합물 0.01-5중량%, 광개시제 0.1-5중량% 및 잔부 용매를 포함하는 액정 배향막 조성물; 기재에 상기 액정 배향막 조성물을 코팅하고, 용매를 제거한 다음에 경화시키는 액정 배향막 제조방법; 본 발명의 액정 배향막 조성물로 제조된 배향막; 기재, 상기 배향막 및 배향막 위에 형성된 액정층을 포함하는 광학필름; 및 상기 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다. 본 발명에 의한 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막은 기재 및 상부의 액정층과의 접착력이 우수할 뿐만 아니라, 액정에 대한 우수한 수직 배향성을 부여한다. 본 발명의 광학필름은 그 자체가 편광판에 적용될 수 있으며, IPS 모드 등 다양한 형태의 LCD 모드에서 위상차 필름 또는 시야각 보상 필름으로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

배향막 조성물, 이로 제조된 배향막, 배향막 제조방법, 이를 포함하는 광학필름 및 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치{Polymerizable Alignment Composition, Alignment Layer Prepared Thereof, A Method for Preparing Alignment Layer, Optical film and Display Apparatus Comprising the Same}
본 발명은 배향막 조성물, 이로 제조된 배향막, 배향막 제조방법, 상기 배향막을 포함하는 광학필름 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 우수한 기재와의 접착력 및 액정에 대한 수직 배향성을 나타내는 수직 배향 액정용 배향막 조성물, 이로 제조된 배향막, 배향막 제조방법, 상기 배향막을 포함하는 광학필름 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정의 종류는 그 모양에 따라 분류할 때 봉상 형태(rod-type)의 액정과 동전 모양의 디스코틱(discotic) 액정으로 나눌 수 있다. 물질의 3차원 굴절률 nx, ny, nz 중에서 최소한 2개 이상이 서로 다른 물질을 복굴절 물질이라 하며, 입사 방향에서 선편광된(linearly polarized) 빛의 위상차 발생이 없는 방향을 광축(optic axis)으로 정의한다. 봉상 액정에서는 분자의 장축 방향이 광축이 되며, 디스코틱 액정에서는 분자의 단축 방향이 광축이 된다.
이중에서 봉상 액정의 배향 상태는 크게 아래와 같이 5종류로 나눌 수 있다. 첫째, 광축이 필름 평면에 대해 평행한 배향인 평면(planar) 배향, 둘째, 광축이 필름 평면에 수직인 경우, 즉, 필름 법선에 평행한 배향인 수직(homeotropic) 배향, 셋째, 광축이 필름 평면에 대해 0˚ 내지 90˚ 사이의 특정한 각도로 경사진 배향인 경사진(tilted) 배향, 넷째, 경사각이 0˚ 에서 90˚, 혹은 0˚ 내지 90˚ 범위 내의 최소값에서 광축이 연속적으로 변화하는 배향인 퍼짐(splay) 배향, 및 다섯째, 광축이 필름 평면에 대해 평행한 것은 평면 배향과 유사하지만 두께 방향으로 진행할수록 평면에 대해 수직 방향에서 관찰시 광축이 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 일정한 각도만큼 회전하는 배향인 꼬임(cholesteric) 배향으로 나눌 수 있다.
이중에서 수직배향 광학필름은 단독으로 혹은 다른 필름과 조합시킴으로써, TN(Twist Nematic) 모드, STN(Super Twist Nematic) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드 등의 액정 디스플레이(LCD) 장치에서 위상차 필름, 시야각 보상필름 등의 광학필름으로 사용할 수 있으며, 통상 배향제를 코팅하여 얇은 배향막을 형성시킨 후에 액정을 코팅하는 방식으로 제조된다.
수직배향 광학필름은 휘도 향상용 혹은 시야각 보상용 등의 목적으로 편광판에 부착시키기 위해서는 편광판 제작 공정에서와 같이 서로 일정 간격으로 대향하고 있는 롤러와 롤러 사이를 지나가면서 압착되는 롤 대 롤(roll-to-roll) 작업이 이루어져야 하는데, 이를 위해서는 압력과 약간의 충격에도 유연한 플라스틱 기재를 사용하는 것이 바람직하다.
플라스틱 필름 또는 추가 배향막 위에 수직배향 액정을 형성하기 위한 종래기술로서, US 특허 6,816,218는 플라스틱 기재 위에 증착된 알루미늄막을 수직 배향막으로 사용하는 것에 대해 기술하고 있다. 이 경우는 알루미늄이 플라스틱 기재의 표면에 약하게 부착됨으로 인해 박리시 알루미늄의 일부가 제거되어 결함의 원인이 될 수 있다.
EP 1,376,163 A2는 플라스틱 기재 위에 수평 또는 꼬임배향을 갖는 액정용액을 코팅한 후, 이를 배향막으로 사용하여 그 위에 수직배향 액정을 구현하는 바에 대하여 기술하고 있다. 그러나, 이 경우는 배향막으로 사용하는 액정의 경화 정도에 따라 상기 액정층의 수직 배향 정도가 결정되는 문제가 있다.
한국 특허출원 2005-0121835는 액정의 수직 배향을 유도하기 위한 별도의 배향막을 사용할 필요없이 소정의 계면활성제를 포함하는 중합가능한 반응성 액정혼합물 용액을, 표면을 친수성 처리한 플라스틱 기재 위에 코팅하여 수직배향 액정필름을 제조하는 바에 대하여 개시하고 있다.
그러나, 액정과 기재와의 접착력에 있어서 큰 문제점을 보이며, 근본적으로 액정배향이 불안정하여 이로 인한 여러 결함(defect)이 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 우수한 기재 및 액정층과의 접착력을 제공하는 액정 배향막 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 액정에 대한 우수한 수직 배향성을 제공하는 액정 배향막 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 본 발명의 액정 배향막 조성물을 이용한 기재 및 액정층과의 접착력 및 액정에 대한 수직 배향성이 우수한 액정 배향막을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명은 본 발명의 액정 배향막 조성물을 이용한 기재 및 액정층과의 접착력 및 액정에 대한 수직 배향성이 우수한 액정 배향막 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기재 및 액정층과의 접착력 및 액정에 대한 수직 배향성이 우수한 본 발명에 의한 액정 배향막을 포함하는 광학필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 견지에 의하면,
광경화성 수지 바인더 1-50중량%, 1차(primary) 및 2차(secondary) 아미노 계열의 커플링제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 아민 화합물 0.01-5중량%, 광개시제 0.1-5중량% 및 잔부 용매를 포함하는 액정 배향막 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 2견지에 의하면,
본 발명에 의한 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막이 제공된다.
본 발명의 제 3견지에 의하면,
기재에 본 발명의 액정 배향막 조성물을 코팅하는 단계;
상기 액정 배향막 조성물중 용매를 제거하는 단계; 및
용매가 제거된 액정배향막 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 액정 배향막 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 견지에 의하면,
기재;
상기 기재상의 본 발명의 액정 배향막 조성물로 형성된 배향막; 및
상기 배향막상의 액정층을 포함하는 광학필름이 제공된다.
본 발명의 제 5 견지에 의하면,
상기 본 발명에 의한 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명에 의한 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막은 기재와의 우수한 접착력 및 액정에 대한 우수한 수직 배향성을 부여한다. 또한, 본 발명의 액정배향막은액정 배향막 위의 액정층과의 접착력도 또한 우수하므로 배향막 위에 형성된 액정층의 박리가 방지된다. 본 발명의 배향막 및 액정층을 포함하는 광학필름은 그 자체가 편광판에 적용될 수 있으며, IPS 모드 등 다양한 형태의 LCD 모드에서 위상차 필름 또는 시야각 보상 필름으로 매우 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현에 의한 수직배향 광학필름(액정필름)의 측단면도이다.
도 2는 실시예 1에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 2에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 3에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 4에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 5에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 6에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 7에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 8에 의한 수직배향 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예 1에 의한 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 11은 비교예 2에 의한 액정필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 액정 배향막, 구체적으로는 수직배향 액정용 배향막과 기재 및 액정층의 접착성 및 액정의 수직 배향성 등을 개선하기 위해 제안된 것이다. 경화성 수지 바인더와 1차 및/또는 2차 아미노 계열의 커플링제인 아민 화합물을 포함하는 본 발명에 의한 액정 배향막 조성물은 기재 및 액정층과의 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 액정의 수직배향성에 대하여 우수한 배향성을 제공한다.
1. 액정 배향막 조성물
본 발명의 일 구현에 의한 액정 배향막 조성물은 광경화성 수지 바인더 1-50중량%, 1차 및/또는 2차 아미노 계열의 커플링제 아민 화합물 0.01-5중량%, 광개시제 0.1-5중량% 및 잔부 용매를 포함한다.
광경화성 수지바인더는 액정 배향막의 주재로서, 기재 및 액정층과의 접착력 및 상용성이 우수한 어떠한 수지가 사용될 수 있다. 상기 광경화성 수지 바인더의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 계열의 자외선 경화형 모노머 또는 올리고머가 사용될 수 있다. 상기 광경화성 수지 바인더는 또한, 상기 1~15개의 관능기를 갖는 메트(아크릴레이트) 계열 수지 모노머 및/또는 올리고머가 단독으로 혹은 2가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
(메트)아크릴레이트 모노머의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만,
아크릴레이트(Hydroxyethyl acrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropyl acrylate), 에톡시에틸 아크릴레이트(Ethoxyethyl acrylate), 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Ethyleneglycol dimethacrylate), 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Diethyleneglycol dimethacrylate), 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Diethyleneglycol dimethacrylate), 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Poylethyleneglycol dimethacrylate), 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Triethyleneglycol dimethacrylate), 펜타에리트리톨 아크릴레이트(Pentaerythritol acrylate), 펜타에리트리톨 디아크릴레이트(Pentaerythritol diacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol triacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane triacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(Trimethylolpropane trimethaacrylate), 디펜타아크리트리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaacrythritol hexaacrylate), 디펜타아크리트리톨 펜타아크릴레이트(Dipentaacrythritol pentaacrylate), 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(Dipentaerythritol tetraacrylate), 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(Dipentaerythritol pentaacrylate)를 들 수 있다.
(메트)아크릴레이트 올리고머의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Urethane acrylate oligomer), 에폭시 아크릴레이트 올리고머(Epoxy acrylate oligomer), 폴리에테르 아크릴레이트(Polyether acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester acrylate)를 들 수 있다.
본 발명의 액정 배향막 조성물에서, 광경화성 수지 바인더를 용매에 용해시키는 경우에, 광경화성 수지 바인더의 농도는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 바에 따라, 얻고자 하는 배향막의 두께 및 코팅방법에 따라 적합하게 조절될 수 있다. 이로써 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게 광경화성 수지 바인더는 본 발명의 액정 배향막 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 15중량%로 배합될 수 있다. 광경화형 수지 바인더의 함량이 1중량% 미만이면 상대적으로 용매의 양이 많아 건조 시간이 길어질 수 있으며, 또한, 코팅 후 표면의 유동이 심하여 얼룩이 심해질 수 있다. 50중량%을 초과하면 점도가 너무 높아 코팅시 습윤성(wetting)이 떨어질 수 있다.
기재 및 배향막위에 형성되는 액정층과 배향막의 접착력 개선 및 액정의 수직 배향성이 향상되도록 배향막 조성물에는 1차 및 2차 아미노 계열의 커플링제인 아민 화합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 일종의 아민 화합물이 배합된다. 상기 아민 화합물은 일종으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 1차 아미노 계열의 커플링제인 아민화합물은 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010021201584-pat00001

상기 화학식 1에서,
R1은 C1~C20의 알킬기, C3-C6 시클로알킬, C1-C19 알킬 아민기, -NBB" 및 -RSi(R')n(OR")3-n로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 상기, B 및 B"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 H 및 C1~C8 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 R, R' 및 R"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
n은 0 내지 2의 정수이며,
R2는 단순결합, 또는 C1~C20의 알칸디일(alkanediyl)기이며, 상기 알칸디일(alkanediyl)기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH- 및 C3~C8의 시클로알칸디일(cycloalkanediyl)기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있다.
상기 1차 아미노 계열 커플링제인 아민 화합물의 구체적인 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 메틸 아민, 에틸 아민, 1-프로필 아민, 2-프로필 아민, 1-부틸 아민(N-Butyl amine), 2-부틸 아민(2-Buytl amine), 3-(디메틸 아미노)프로필 아민(3-(Dimethyl amino) propyl amine), 시클로 프로필 아민, 시클로 부틸 아민, 시클로 펜틸 아민, 시클로 헥실 아민 등을 포함한다.
상기 2차 아미노 계열의 커플링제인 아민 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 5로 나타내어질 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112010021201584-pat00002

상기 화학식 2에서,
R3 및 R6은 같거나 다를 수 있으며, C1~C20의 알킬기, C1-C19 알킬 아민기, 아민기, 및 -RSi(R')n(OR")3-n로 구성되는 그룹으로부터 각각 독립적으로 선택되며, 상기, R, R' 및 R"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
상기 n은 0 내지 2의 정수이며,
R4 및 R5는 같거나 다를 수 있으며, 단순결합, 또는 C1~C20의 알칸디일기로 구성되는 그룹으로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 알칸디일기 중 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH- 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010021201584-pat00003

상기 화학식 3에서,
R7, R8 및 R9는 같거나 다를 수 있으며, 각각 치환 또는 비치환된 C1~C20 알칸디일기로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 알칸디일기 중의 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있으며, 상기 C1~C20 알칸디일기가 치환되는 경우에, 치환체는 -C=0일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112010021201584-pat00004

상기 화학식 4에서,
Ra, Rb, Rd 및 Re는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
Rc 및 Rf은 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C20의 알칸디일기로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 알칸디일기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있고,
n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
[화학식 5]
Figure 112010021201584-pat00005

상기 화학식 5에서,
Rq, Rr 및 Rt는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
Rs는 C1~C20의 알칸디일기이며,
상기 알칸디일기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있으며,
m은 0 내지 2의 정수이다.
또한, "알칸디일기의 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-가 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 또는 C3~C8의 시클로알칸디일(cycloalkandiyl)기로 대체"된다는 것은 알칸디일기의 인접하지 않은 -CH2- 자체가 "-O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH- 또는 C3~C8의 시클로알칸디일(cycloalkanediyl)기"로 대체됨을 의미하며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 이해를 돕기 위한 예로서, 알칸디일기가 -CH2-NH-CH2-CH=CH-CH2-등과 같은 식으로 화학식 중에 존재할 수 있음을 의미한다. '단순결합'은 단순결합 양 옆의 그룹(group) 및/또는 원소가 다른 그룹 및/또는 원소를 경유하지 않고 직접 결합됨을 의미한다.
바람직한 2차 아미노 계열의 커플링제의 구체적인 예로는 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 디부틸 아민, 아제티딘(Azetidine), 피롤리딘, 피페리딘, 2-아제티디논(2-Azetidinone), 2-피롤리디논, 2-피페리디논 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 2차 아미노 계열의 커플링제의 추가적인 예로는 비스(3-트리메톡시 실릴프로필) 아민(Bis(3-trimethoxy silylpropyl) amine), 비스(3-트리에톡시 실릴프로필) 아민(Bis(3-triethoxy silylpropyl) amine), N-(n-부틸)-3-아미노 프로필 트리메톡시 실란(N-(n-butyl)-3-amino propyl trimethoxy silane), N-(n-부틸)-3-아미노 프로필 트리에톡시 실란(N-(n-butyl)-3-amino propyl triethoxy silane), N-메틸 아미노 프로필 트리메톡시 실란(N-methyl amino propyl trimethoxy silane), 및 N-메틸 아미노 프로필 트리에톡시 실란(N-methyl amino propyl triethoxy silane) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
가장 바람직한 1차, 또는 2차 아미노 계열 커플링제인 아민화합물은 하기 화학식 6-1 내지 화학식 6-4로 나타낼 수 있다.
[화학식 6-1]
Figure 112010021201584-pat00006

[화학식 6-2]
Figure 112010021201584-pat00007

[화학식 6-3]
Figure 112010021201584-pat00008

[화학식 6-4]
Figure 112010021201584-pat00009

본 발명의 액정 배향막 조성물에 배합되는 1차 및/또는 2차 아미노 계열의 커플링제는, 상기 액정 배향막 조성물중의 중량을 기준으로 0.01 내지 5중량%로 배합될 수 있다. 아미노 계열의 커플링제의 함량이 0.01 중량% 미만이면 기재 및 액정층과 배향막의 접착력이 불량하며, 5중량%를 초과하면 배향막의 내스크래치성이 저하된다.
광개시제로는 광경화성 수지 바인더 및 아미노 계열의 커플링제와 상용성에 문제가 없는 한, 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 광개시제가 사용될 수 있다. 광개시제의 예로는 이로써 제한하는 것은 아니지만, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로파논(2-methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl) -1-propanone, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 907™으로 이용가능), 2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온 (2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 651™으로 이용가능), 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤(1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 184™으로 이용가능), 트리아릴 술포늄 헥사플루오로안티모네이트염 (Triaryl sulfonium hexafluoroantimonate salts, Union Carbide사에서 UVI 6974 ™으로 이용가능) 및 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드(diphenyl(2,4,6- trimethyl benzoyl)-phosphine oxide, Ciba-Geigy사에서 Darocur TPO™으로 이용가능)을 들 수 있다.
광개시제의 함량은 액정 배향막 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1-5중량%일 수 있다. 광개시제 함량 0.1중량% 미만이면 배향막의 미경화가 발생하고, 5중량%를 초과하면, 내구성이 불량하게 된다.
액정 배향막 조성물의 용액안정성, 기재 및 액정층과의 접착력이 우수하고 또한, 기재를 부식시키지 않는 한 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 용매가 사용될 수 있다.
본 발명의 액정 배향막 조성물에 사용될 수 있는 용매의 예로는 이로서 제한되는 것은 아니지만, 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논 등의 알코올류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 셀로솔브류; 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(DEGDME), 디프로필렌글리콜 디메틸에테르(DPGDME)등의 에테르류 등을 들 수 있다. 상기 용매는 단독으로 혹은 2종류 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 본 발명의 일 구현에 의한 배향막 조성물에서 이 기술분야에서 배향막 조성물에 필요에 따라 일반적으로 배합될 수 있는 산화방지제, 레벨링제, 계면활성제등의 첨가제가 필요에 따라 이 기술분야에서 일반적으로 배합되는 양의 범위에서 첨가될 수 있다.
2. 배향막 제조방법 및 이에 따라 제조된 배향막
상기 본 발명의 일 견지에 의한 액정 배향막 조성물을 기재에 코팅하고 건조시킨 후 경화하여 액정 배향막, 구체적으로는 수직배향 액정용 배향막으로 제조될 수 있다.
액정 배향막의 두께는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 범위로 특별히 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.01~10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 두께 범위에서 원하는 수직액정 배향성 등의 물성이 충분히 달성될 수 있다.
기재로는 본 발명에 의한 액정 배향막 조성물과 접착성이 우수한 것으로 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 플라스틱 기재가 사용될 수 있다. 사용가능한 기재의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체 등의 사이클로 올레핀 폴리머 기재가 사용될 수 있다. 상기 플라스틱 기재는 유연성 및 내구성면에서도 또한 우수한 것으로 롤 대 롤 생산, 고속도 생산 등의 양산성면에서 바람직한 것이다. 또한, 롤 대 롤 공정적용이 가능한 플라스틱 기재는 기재표면이 친수성을 갖도록 하기 위해 코로나 방전 처리 또는 플라즈마 처리될 수 있다.
먼저, 상기한 바와 같은 기재에 본 발명에 의한 액정 배향막 조성물을 코팅한다. 코팅방법은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 기재 위에 액정 배향막 조성물을 균일한 두께로 코팅할 수 있는 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다. 본 발명의 배향막 형성시 이용가능한 코팅방법으로는 스핀코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 그라비어 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅법이 사용될 수 있으며, 코팅방법이 이로써 한정되는 것은 아니다.
기재에 액정 배향막 조성물을 코팅한 후, 건조시켜 용매를 제거한다. 용매제거는 대부분의 용매가 제거될 수 있고 코팅된 배향막이 흘러내리거나 심하게 유동하지 않도록 하는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 방법으로 행할 수 있다. 용매 제거는 특히 제한되는 것은 아니나, 예를들어, 실온건조, 건조오븐에서의 건조, 가열판 위에서의 가열건조, 적외선을 이용한 건조등으로 행할 수 있다. 건조시간 및 건조온도는 용매의 종류 및 함량등에 따라 달라지는 것으로 특별히 제한하지 않으며, 배향막의 물성에 악영향을 미치지 않고 용매를 제거할 수 있는 어떠한 범위로 행할 수 있으며, 보다 구체적으로 50~100℃에서 용매를 제거하기에 충분한 시간동안, 구체적으로는 대략 30초 내지 300초 동안 행할 수 있다. 이러한 온도범위 및 상기 시간동안 건조하므로써 배향막 및 배향막 구성성분의 물성에 악영향을 미치지 않고 용매가 효과적으로 제거될 수 있다.
용매가 제거된 배향막층을 경화시켜 배향막이 되도록 한다. 경화는 광경화와 열경화로 대별된다. 본 발명의 중합가능한 반응성 액정 배향막 조성물은 광반응성 혼합물로서 자외선 조사에 의해 고정되는 물질이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에 의한 배향막 제조방법에서 배향막층은 광경화될 수 있다. 경화에 의해 광경화성 수지 바인더가 중합되어 견고한 액정 배향막으로 형성된다. 경화는 자외선 영역의 파장을 흡수하는 광개시제의 존재하에서 행하여진다. 한편, 자외선 조사는 대기중에서 혹은 산소를 차단해서 반응효율을 높이기 위해서 질소 분위기하에서 행할 수 있다. 자외선 조사기로는 이로서 한정하는 것은 아니지만, 통상적으로 약 100mW/cm2 이상의 조도를 갖는 중압 혹은 고압 수은 자외선 램프, 또는 메탈 할라이드 램프가 사용될 수 있다. 나아가, 자외선 조사시 필름 표면 온도를 적정 수준으로 유지하여 필름의 변형을 방지하기 위하여 기재와 자외선 램프(조사기) 사이에 콜드 미러(cold mirror) 혹은 냉각 장치가 설치될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 구현에 의한 액정 배향막 조성물을 기재에 코팅, 건조 및 경화하여 액정 배향막, 구제적으로는 수직배향 액정용 배향막이 얻어진다. 이와 같이 본 발명의 1차 및/또는 2차 아미노 계열의 커플링제 중 선택된 아민 화합물을 포함하는 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막은 기재 및 배향막위에 형성되는 액정층과의 접착력이 우수하며, 공정 과정 중에서의 기재로부터의 배향막의 박리가 방지된다. 또한, 본 발명의 액정 배향막은 액정의 수직배향에 대한 배향성이 우수하므로 액정의 저조한 배향으로 인한 얼룩 발생이 또한 방지된다. 따라서, 이러한 배향막 위에 액정층을 형성하여 광학필름으로 사용하기에 적합하다.
3. 광학필름 제조방법 및 광학필름
상기 본 발명의 일 구현에 의한 배향막 위에 중합가능한 반응성 수직배향 액정 혼합물 용액(이하, 단지 '액정용액'이라 한다)을 코팅, 건조 및 경화하여 액정층을 형성한다.
액정용액은 반응성 액정 모노머 5-70중량%, 계면활성제 0.05-1 중량%, 광개시제 1-10중량%, 및 잔부 용매를 포함하는 중합가능한 반응성 수직배향 액정조성물로 형성될 수 있다.
반응성 액정모노머는 광 또는 열에 의해 주변의 액정 모노머와 중합되어 폴리머를 형성하는 한 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 반응성 액정 모노머가 사용될 수 있다. 반응성 액정 모노머의 중합반응을 일으키게 하는 반응기의 일 예로서, 아크릴레이트가 부착된 액정 모노머가 사용될 수 있다. 반응성 액정 모노머로는 예를들어, 하기 화학식 7 내지 화학식 11로 표시되는 반응성 액정 모노머로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure 112010021201584-pat00010
[화학식 8]
Figure 112010021201584-pat00011

[화학식 9]
Figure 112010021201584-pat00012

[화학식 10]
Figure 112010021201584-pat00013

[화학식 11]
Figure 112010021201584-pat00014

액정 용액중 상기 반응성 액정 모노머의 함량은 얻고자 하는 액정층의 두께 및 코팅방법에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 액정용액의 중량을 기준으로 바람직하게는 5 내지 70중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 50중량%정도가 좋다. 액정 모노머의 함량이 5중량%미만이면 용매의 양이 많아 건조시간이 길거나 코팅 후 표면의 유동이 심해서 얼룩이 심해질 수 있으며, 70중량%를 초과하면 고형분에 비해 용매의 양이 적어 보관 중 액정이 석출되거나 점도가 너무 높아 코팅시 습윤성(wetting)이 떨어질 수 있다.
계면활성제는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 플루오르 카본 계열과 실리콘 계열이 사용될 수 있다. 플루오르 카본 계열의 계면활성제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 3M사 제조 제품인 플루오라드(Fluorad) FC4430™, 플루오라드 FC4432™, 플루오라드 FC4434™와 Dupont사 제조 제품인 조닐(Zonyl)등이 사용될 수 있다. 실리콘 계열의 계면활성제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, BYK-Chemie사 제조 제품인 BYK™ 시리즈 등이 사용될 수 있다. 계면활성제의 함량은 중합가능한 반응성 수직배향 액정조성물의 중량을 기준으로 0.05-1 중량%인 것이 적합하다. 계면활성제 함량이 0.05중량%미만이면 액정표면 상태가 불량하며, 1중량%를 초과하면 계면활성제의 과량투입으로 인한 계면활성제의 미셀(micelle)이 발생하여 얼룩이 발생할 수 있다.
광개시제는 중합반응을 개시하는 물질의 종류에 따라 자유 라디컬 광개시제와 이온을 생성하는 광개시제로 대별된다. 자유 라디컬 광개시제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로파논(2-methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 907™으로 이용가능), 2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온(2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 651™으로 이용가능), 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤(1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, Ciba-Geigy사에서 Irgacure 184™으로 이용가능)등이 사용될 수 있다. 이온을 생성하는 광개시제 종류인 양이온성 광중합 개시제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 트리아릴 술포늄 헥사플루오로안티모네이트염(Triaryl sulfonium hexafluoroantimonate salts (Union Carbide사에서 UVI 6974™로 이용가능)등이 사용될 수 있다.
광개시제의 함량은 중합가능한 반응성 수직 배향 액정 혼합물 용액(액정용액)의 중량을 기준으로 1-10중량%일 수 있다. 광개시제 함량이 1중량% 미만이면 액정의 미경화가 발생하며, 10중량%를 초과하면 액정배향이 불량하게 된다.
상기 액정용액중 용매는, 액정 조성물에 포함되는 성분들의 용해성 및 코팅성이 우수하고 배향막 위에 코팅시 이를 부식시키지 않는한 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 용매가 사용될 수 있다. 용매로는 예를들어 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논 등의 알코올류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 셀로솔브류; 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(DEGDME), 디프로필렌글리콜 디메틸에테르(DPGDME)등의 에테르류 등을 들 수 있으나 이로써 한정하는 것은 아니다. 상기 용매는 단독으로 또는 2종류 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기와 같은 반응성 액정용액을 상기 배향막 위에 코팅하고, 용매를 제거한 후, 액정층을 경화시키므로써 수직 배향된 액정층으로 형성된다. 상기 반응성 액정용액은 본 발명을 설명하기 위해 것으로 본 발명의 일 구현에 의한 광학필름의 액정층을 상기와 같은 반응성 액정용액으로 한정하는 것은 아니며, 이 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 어떠한 액정층 형성 조성물이 본 발명에 의한 배향막위에 액정층을 형성하기 위해 적용될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 견지에 의한 배향막 위에 반응성 액정용액을 코팅한다. 코팅방법은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 기재 위에 액정 배향막 조성물을 균일한 두께로 코팅할 수 있는 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다. 본 발명의 액정층 형성시 이용가능한 코팅방법으로는 스핀코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 그라비어 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅법이 사용될 수 있으며, 코팅방법이 이로써 한정되는 것은 아니다.
수직 배향 액정층의 두께는 얻고자 하는 위상차, 즉, Δn(복굴절률)×d(액정필름의 두께)에 따라 달라지지만 일반적으로 0.1㎛ 내지 10㎛ 정도이다. 액정표시장치(LCD)의 광학적 보상을 위한 적절한 범위의 위상차를 얻기 위해 액정층을 0.1㎛ 내지 10㎛ 두께로 하는 것이 바람직하다.
기재에 액정 용액을 코팅한 후, 건조시켜 용매를 제거한다. 용매제거는 대부분의 용매가 제거될 수 있고 코팅된 액정층이 흘러내리거나 심하게 유동하지 않는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 방법으로 행할 수 있다. 용매 제거는 특히 제한되는 것은 아니나, 예를들어, 실온건조, 건조오븐에서의 건조, 가열판 위에서의 가열건조, 적외선을 이용한 건조등으로 행할 수 있다. 건조시간 및 건조온도는 용매의 종류 및 함량등에 따라 달라지는 것으로 특별히 제한하지 않으며, 배향막의 물성에 악영향을 미치지 않고 용매를 제거할 수 있는 어떠한 범위로 행할 수 있으며, 보다 구체적으로 50℃ 내지 100℃에서 용매를 제거하기에 충분한 시간동안, 구체적으로는 대략 30초 내지 300초 동안 행할 수 있다. 이러한 온도범위에서 상기 시간동안 건조하므로써 액정층 및 액정층 구성성분의 물성에 악영향을 미치지 않고 용매가 효과적으로 제거될 수 있다.
용매가 증발 제거된 후, 수직 배향된 액정층을 중합에 의해 경화시킨다. 액정을 경화시키는 방법은 크게 광경화와 열경화로 대별된다. 상기 액정용액은 광반응성 액정 용액으로서 자외선 조사에 의해 고정되는 물질이다. 따라서, 상기 액정층은 광경화에 의해 경화되어 고정될 수 있다. 경화에 의해 수직 배향된 액정물질이 중합되고 수직 배향이 고정된다. 경화는 자외선 영역의 파장을 흡수하는 광개시제의 존재하에 행하여질 수 있다. 한편, 자외선 조사는 대기중에서 혹은 산소를 차단해서 반응효율을 높이기 위해서 질소 분위기하에서 행할 수 있다. 자외선 조사기로는 이로서 한정하는 것은 아니지만, 통상적으로 약 100mW/cm2 이상의 조도를 갖는 중압 혹은 고압 수은 자외선 램프, 또는 메탈 할라이드 램프가 사용될 수 있다. 나아가, 자외선 조사시 필름 표면 온도를 적정 수준으로 유지하여 필름의 변형을 방지하기 위하여 기재와 자외선 램프(조사기) 사이에 콜드 미러(cold mirror) 혹은 냉각 장치가 설치될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 구현에 의한 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막 위에 수직배향 액정층을 형성하므로써, 기재, 기재상의 액정 배향막 및 액정 배향막상의 액정층을 포함하여 이루어지는 광학필름, 구체적으로 액정필름이 얻어지며, 이러한 광학필름의 측단면도를 도 1에 나타내었다. 본 발명의 일 구현에 의한 액정 배향막은 액정층 액정의 수직배향에 대한 배향성이 우수한 것으로 안정적인 배향특성을 나타낼 뿐만 아니라, 기재 및 액정층과의 접착력이 우수한 것으로, 배향막 위에 형성된 액정층이 박리되지 않는다. 또한, 본 발명의 배향막 및 액정층을 포함하는 광학필름은 그대로 편광판에 적용되며, IPS 모드 등 다양한 형태의 LCD 모드에서 위상차 필름 또는 시야각 보상 필름으로서 매우 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 본 발명의 광학필름(액정필름)을 포함하는 디스플레이 장치가 또한 제공된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 예시하고 설명하기 위한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
배향막 조성물 제조예 1
수직 배향 광학필름용 전도성 배향막 조성물에 사용되는 각 성분을 하기 표 1의 조성으로 혼합하였다.
[표 1]
Figure 112010021201584-pat00015

(1) 펜타에리트리톨 아크릴레이트 : ㈜ Sartomer사의 SR444D ™,
(2) 우레탄 아크릴레이트 올리고머: ㈜ 미원상사의 SC2100 ™,
(3) BHT (Butylated hydroxytoluene): Sigma-Aldrich사의 산화방지제,
(4) Irgacure 184 ™ : Ciba-Geigy사의 광개시제
상기 혼합물을 에탄올(Ethanol) 40 중량%, 1-프로판올(1-Propanol) 30 중량%, 메틸에틸케톤(MethylEthylKetone) 30 중량%의 혼합용제에 전체용액 100 중량% 대비 농도가 10 중량%가 되도록 희석시킨다. 마지막으로 상기 화학식 6-1로 표시되는 아미노 계열의 커플링제(1-프로필아민)를 상기 혼합물 용액을 기준으로 0.1중량%가 되도록 첨가하였다. 1시간 동안 균일하게 교반하여 수직 배향 액정 필름용 배향막을 위한 중합성 수지 조성물을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 2
아미노계열의 커플링제로서 상기 화학식 6-2로 표시되는 3-(디메틸 아미노)프로필을 1중량%로 사용한 것을 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 3
아미노계열의 커플링제로서 상기 화학식 6-3로 표시되는 디에틸 아민을 3중량%로 사용한 것을 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 4
아미노계열의 커플링제로서 상기 화학식 6-4로 표시되는 N-(n-부틸)-3-아미노 프로필 트리메톡시 실란을 4중량%로 사용한 것을 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 5
아미노계열의 커플링제로서 시클로헥실아민을 0.5중량%로 사용한 것으로 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 6
아미노계열의 커플링제로서 피페리딘을 3중량%로 사용한 것으로 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 7
아미노계열의 커플링제로서 2-피롤리디논을 4중량%로 사용한 것으로 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
배향막 조성물 제조예 8
아미노계열의 커플링제로서 비스(3-트리에톡시 실릴프로필) 아민을 5중량%로 사용한 것으로 제외하고는 상기 배향막 제조예 1과 동일한 방법으로 배향막 조성물(용액)을 제조하였다.
액정용액 제조예 1
중합 가능한 반응성 수직 배향 액정 혼합물을 구성하는 각 성분을 하기 표 2의 조성비로 혼합하여 준비하였다.
[표 2]
Figure 112010021201584-pat00016

(1) Irgacure 907 ™ : Ciba-Geigy사의 광개시제
상기 표 2의 중합가능한 반응성 수직 배향 액정용액의 구성성분 혼합물을 톨루엔(Toluene)에 고형분 농도가 25중량%가 되도록 첨가하고 여기에 BYK-Chemie사 제품인 BYK333 ™을 상기 액정 혼합물 용액의 중량을 기준으로 0.3중량%가 되도록 첨가하였다. 그 후, 교반하면서 50℃에서 1시간 가열하여 중합가능한 반응성 액정 혼합물 용액을 제조하였다.
액정용액 제조예 2
중합 가능한 반응성 수직 배향 액정 혼합물을 구성하는 각 성분을 하기 표 3의 조성비로 혼합하여 준비하였다.
[표 3]
Figure 112010021201584-pat00017
(1) Irgacure 907 ™: Ciba-Geigy사의 광개시제
상기 표 3의 중합가능한 반응성 수직 배향 액정용액의 구성성분 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 같은 방법으로 액정용액을 제조하였다.
실시예 1: 광학필름의 제조
수직 배향 광학필름용 전도성 배향막 코팅을 위한 기재로 노르보넨 유도체 필름인 Zeonor™(일본 Zeon사 제조)를 코로나 방전 처리하여 사용하였다.
상기의 기재 위에 상기 제조예 1에서 제조된 수직배향 광학필름용 중합성 수지조성물(배향막 조성물)을 와이어 바 코터를 사용하여 코팅하고, 70℃의 건조 오븐에서 2분 동안 방치시킨 후, 80W/㎠ 고압 수은램프를 이용하여 3 m/분의 속도로 1회 경화시켰다. 생성된 배향막은 매우 투명하고 기재와의 결합력이 매우 우수하였으며, 두께는 약 0.3㎛이었다.
상기와 같이 형성된 배향막 위에 상기 액정용액 제조예 1의 중합가능한 반응성 액정 용액을 와이어 바 코터를 사용하여 코팅하고, 70℃의 건조 오븐에서 2분 동안 방치시킨 후, 80W/㎠ 고압 수은 램프를 이용하여 3 m/분의 속도로 1회 경화시켰다. 생성된 액정층은 매우 투명하고 두께는 약 1.2㎛이었다. 본 실시예에서 제조된 배향막과 액정층을 포함하는 광학필름(액정필름)은 도 1과 같은 구조를 갖는다.
본 실시예 및 이하 다른 실시예 및 비교예에서 접착성은 크로스 컷 셀로테이프 (Cross Cut Cellotape) 박리 테스트로 평가하였다. 즉, 광학필름의 액정층 표면에 가로와 세로로 1mm 간격으로 칼로 100개의 격자를 만들어 넣은 후에, 그 위에 셀로테이프를 붙이고 떼어내는 작업을 실시하여 박리 유무를 관찰하였다. 본 실시예 1의 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층 격자가 전혀 박리되지 않았다.
또한, 실시예 및 비교예에서 제조된 광학필름의 광학 특성을 조사하기 위하여 기재 위에 결합된 광학필름의 위상차를 AxoScan (엑소메트릭스(Axometrics)사 제조)을 사용하여 측정하였다. 실시예 1의 광학필름에 대한 결과는 도 2에 나타내었다. 도 2에 의하면 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향된 광학필름임을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 2: 광학필름의 제조
배향막 조성물 제조예 2의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 2에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 3에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 3: 광학필름의 제조
배향막 조성물 제조예 3의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 3에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 4: 광학필름의 제조
배향막 조성물 제조예 4의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 4에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 5에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 5: 광학필름의 제조
제조예 5의 배향막 조성물과 제조예 2의 액정용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 5에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 6에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 6: 광학필름의 제조
제조예 6의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 6에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 7에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 7: 광학필름의 제조
제조예 7의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 7에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 8에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
실시예 8: 광학필름의 제조
제조예 8의 배향막 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 실시예 8에서 제조된 광학필름은 배향막과 액정층의 결합력이 매우 우수하여 기재로부터 액정층이 전혀 박리되지 않았다. 한편, 도 9에서 확인할 수 있듯이, 필름의 수직 방향에서는 액정에 의한 위상차 발생이 없고, 시야각이 클수록 위상차가 증가하여, 시야각의 - 방향과 + 방향이 서로 대칭을 보이므로 광학필름의 액정분자들은 필름면에 대해 수직 방향으로 배향됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 실시예에서 제조된 광학필름에서는 액정배향으로 인한 얼룩 등의 결함이 관찰되지 않았다.
비교예 1: 광학필름의 제조
배향막 조성물에 아미노 계열의 커플링제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 비교예 1에서 제조된 배향막은 액정층 및 기재와의 결합력이 각각 부족하여 기재로부터 배향막이 그리고 배향막으로부터 액정층이 일부 박리되었다. 또한 광학필름의 광학 특성(배향성)을 조사하기 위하여 기재 위에 결합된 액정필름의 위상차를 AxoScan(엑소메트릭스 (Axometrics)사 제조)을 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10으로 부터 비교예 1의 광학필름은 미세 액정배향 얼룩 결함 등으로 인하여 액정이 약간 기울어진 경사 배향됨을 알 수 있다.
비교예 2: 광학필름의 제조
배향막 조성물에 아미노 계열의 커플링제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5과 동일한 방법으로 광학필름을 얻었으며, 생성된 배향막과 액정층은 매우 투명하고 두께는 각각 약 0.3㎛ 와 1.2㎛이었다. 비교예 2에서 제조된 배향막은 액정층 및 기재와의 결합력이 각각 부족하여 기재로부터 배향막이 그리고 배향막으로부터 액정층이 일부 박리되었다. 또한 비교예 2의 광학필름 또한, 도 11 에 나타낸 광학필름의 시야각에 따른 위상차 값의 변화 곡선으로부터 미세 액정배향 얼룩 결함 등으로 인하여 액정이 약간 기울어진 경사 배향됨을 알 수 있다.
한편, 하기 표 4에 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 광학필름 시편의 접착력, 배향을 비교하여 정리하였다.
[표 4]
Figure 112010021201584-pat00018

Claims (13)

  1. 광경화성 수지 바인더 1-50중량%, 1차 및 2차 아미노 계열의 커플링제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 아민 화합물 0.01-5중량%, 광개시제 0.1-5중량% 및 잔부 용매를 포함하는 액정 배향막 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광경화성 수지 바인더는 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 에톡시에틸 아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 디펜타아크리트리톨 헥사아크릴레이트, 디펜타아크리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 에폭시 아크릴레이트 올리고머, 폴리에테르 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 아크릴레이트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종이 사용됨을 특징으로 하는 액정 배향막 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광개시제는 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로파논, 2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 트리아릴 술포늄 헥사플루오로안티모네이트염 및 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종임을 특징으로 하는 액정 배향막 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 1차 아미노 계열의 커플링제는 하기 화학식 1로 나타내어지는 액정 배향막 조성물.

    [화학식 1]
    Figure 112010021201584-pat00019

    (상기 화학식 1에서,
    R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C3 내지 C6의 시클로알킬기, C1-C19 알킬 아민기, -NBB", 및 -RSi(R')n(OR")3-n 로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 상기, B 및 B"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 H 및 C1~C8 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 R, R' 및 R"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
    n은 0 내지 2의 정수이며,
    R2는 단순결합, 또는 C1~C20의 알칸디일기이며, 상기 알칸디일기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH- 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있다.)
  5. 제 1항에 있어서, 상기 2차 아미노 계열을 커플링제는 하기 화학식 2 내지 5 로 나타내어지는 액정 배향막 조성물.

    [화학식 2]
    Figure 112010021201584-pat00020

    (상기 화학식 2에서,
    R3 및 R6은 같거나 다를 수 있으며, C1~C20의 알킬기, C1-C19 알킬 아민기, 아민기, 및 -RSi(R')n(OR")3-n로 구성되는 그룹으로부터 각각 독립적으로 선택되며, 상기, R, R' 및 R"는 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
    상기 n은 0 내지 2의 정수이며,
    R4 및 R5는 같거나 다를 수 있으며, 단순결합, 또는 C1~C20의 알칸디일기로 구성되는 그룹으로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 알칸디일기 중 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH- 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있다.)

    [화학식 3]
    Figure 112010021201584-pat00021


    (상기 화학식 3에서,
    R7, R8 및 R9는 같거나 다를 수 있으며, 각각 치환 또는 비치환된 C1~C20 알칸디일기로 부터 독립적으로 선택되며, 상기 알칸디일기 중의 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로 알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있으며, 상기 C1~C20 알칸디일기가 치환되는 경우에, 치환체는 -C=0일 수 있다.)

    [화학식 4]
    Figure 112010021201584-pat00022


    (상기 화학식 4에서,
    Ra, Rb, Rd 및 Re는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
    Rc 및 Rf은 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C20의 알칸디일기로 부터 독립적으로 선택되며,
    상기 알칸디일기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.)

    [화학식 5]
    Figure 112010021201584-pat00023

    (상기 화학식 5에서,
    Rq, Rr 및 Rt는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 C1~C8의 알킬기로 부터 독립적으로 선택되며,
    Rs는 C1~C20의 알칸디일기이며,
    상기 알칸디일기 중 서로 인접하지 않는 1 내지 2개의 -CH2-는 -O-, -NH-, -CH=CH-, -CONH-, 및 C3~C8의 시클로알칸디일기로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나의 그룹으로 대체될 수 있으며,
    m은 0 내지 2의 정수이다.)
  6. 제 1항에 있어서, 상기 1차 아미노 계열 커플링제인 아민 화합물은 메틸 아민, 에틸 아민, 1-프로필 아민, 2-프로필 아민, 1-부틸 아민, 2-부틸 아민 및 3-(디메틸 아미노)프로필 아민, 시클로 프로필 아민, 시클로 부틸 아민, 시클로 펜틸 아민, 시클로 헥실 아민으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 최소 일종인 액정 배향막 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 2차 아미노 계열의 커플링제는 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 디부틸 아민, 아제티딘, 피롤리딘, 피페리딘, 2-아제티디논, 2-피롤리디논, 2-피페리디논, 비스(3-트리메톡시 실릴프로필) 아민, 비스(3-트리에톡시 실릴프로필) 아민, N-(n-부틸)-3-아미노 프로필 트리메톡시 실란, N-(n-부틸)-3-아미노 프로필 트리에톡시 실란, N-메틸 아미노 프로필 트리메톡시 실란, 및 N-메틸 아미노 프로필 트리에톡시 실란으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종인 액정 배향막 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 1차 및 2차 아미노 계열의 커플링제는 하기 화학식 6-1 내지 6-4로 나타내어지는 아민 화합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종인 액정 배향막 조성물.

    [화학식 6-1]
    Figure 112010021201584-pat00024


    [화학식 6-2]
    Figure 112010021201584-pat00025


    [화학식 6-3]
    Figure 112010021201584-pat00026

    [화학식 6-4]
    Figure 112010021201584-pat00027

  9. 제 1항 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 배향막 조성물은 액정이 수직배향되도록 함을 특징으로 하는 액정 배향막 조성물.
  10. 청구항 1 내지 8중 어느 한 항의 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막.
  11. 기재에 청구항 1 내지 8중 어느 한 항의 액정 배향막 조성물을 코팅하는 단계;
    상기 액정 배향막 조성물에서 용매를 제거하는 단계; 및
    용매가 제거된 액정 배향막 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 액정 배향막 제조방법.
  12. 기재;
    상기 기재위에 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항의 액정 배향막 조성물로 형성된 액정 배향막; 및
    상기 액정 배향막 위에 형성된 액정층을 포함하는 광학필름.
  13. 청구항 12의 광학필름을 포함하는 디스플레이 장치.
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