KR101056452B1 - 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름 - Google Patents

나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은,하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물 5 내지 60 중량%, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물 10 내지 90중량%, 산성 작용기를 가진 산성 모노머 5 내지 40중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112009032691914-pat00001
본 발명에 의하면, 분자내에 친수성기를 갖고 400 내지 450nm 영역을 흡수하는 새로운 구조의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물을 이용함으로써, 장파장 구간에서 우수한 편광특성을 유지하면서도 단파장(400 내지 450nm) 구간에서의 광누락이 현저히 개선되며, 다층구조를 간단히 구현할 수 있어 생산성이 뛰어난 장점이 있다.
다층구조, 나프탈렌계, 크로모닉 액정, 편광필름, 조성물

Description

나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름 {NAPHTHALENE LYOTROPIC LIQUID CRYSTAL COMPOSITON AND MULTILAYER STRUCTURED POLARIZER FILM MANUFACTURED USING THEREOF}
본 발명은 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용함으로써, 400 내지 450nm 범위의 단파장 광누락이 개선되고, 간단하게 다층구조 편광필름을 구현할 수 있는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 관한 것이다.
유방성 액정의 종류 중에서, 유방성 크로모닉 액정(Lyotropic Chromonic Liquid Crystal, 이하 'LCLC'라고 한다)은 고농도 수용액 상태에서 분자 내의 친수성기와 디스크형의 메소젠 구조로 말미암아 일정한 분자 배열 형태를 가지며, 이로 인하여 액정특성을 나타내는 물질로서 최근 전자재료, 광학재료, 광전재료로의 응용 가능성으로 인하여 많은 연구가 진행되고 있다.
특히, 최근에는 종래의 폴리비닐알코올(PVA) 연신방법에 의하여 제조된 편광판 등의 광학필름을 대체하기 위하여, 수용해성 또는 유기용매 용해성 유기 염료로 서의 액정 화합물이 평면 분자 구조를 갖는 광학 막 물질로서 코팅된 광학 필름이 제시되었다.
대표적인 LCLC 액정상을 나타내는 염료로는 페릴렌계 화합물, 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료 등이 알려져 있다. 이러한 LCLC의 광학특성은 염료의 평면 중심구조에 크게 의존하고 공액길이(conjugation length)에 의존하게 된다. 즉 공액 길이가 길수록 장파장을 흡수하고, 짧을수록 단파장을 흡수하게 된다. 따라서 다양한 평면 중심구조를 갖는 크로모닉 액정의 개발은 편광판 등의 광학필름 대체를 위해서 중요하다.
특히, 기존의 LCLC들은 450nm 이상의 파장을 흡수하는 것이 대부분이고, 이러한 액정들의 조합으로 구성된 편광판은 단파장 영역의 광누락 문제가 발생한다. 예를 들어, 아래의 화학식을 갖는 페릴렌계 LCLC 화합물인 페릴렌비스(디카복시미드)[perylenebis(dicarboximide), 이하, 'PDI'라고 한다]는 도 1a의 파장대별 흡수특성 그래프에 나타낸 바와 같이, 400 내지 450nm 영역에 대한 파장 흡수가 저조한 특성을 보임을 알 수 있다. 결과적으로, 이러한 LCLC 화합물로 편광필름을 제조할 경우, 도 1b의 투과율 그래프에 나타낸 바와 같이, 단파장 영역(400 내지 450nm)에서의 도면상 'V'로 표기된 편광효율(Polarization efficiency)가 저조하게 나타난다. 참고로, 도 1b에서, T(0°)는 배향된 필름의 전단축(shearing axis)가 입사광의 편광축과 평행한 경우의 투과율이며, T(90°)는 그 양자가 직교하는 경우의 투과율이고, 평균 투과율(T0)는 상기 평행투과율과 직교투과율과의 평균치로서, 편광되지 않은 입사광의 투과율에 대한 측정치로 판단할 수 있다. 편광효율은, 100% ×[T(0°)- T(90°)]/[T(0°)+ T(90°)]로 계산된 수치이다.
<PDI의 화학식>
Figure 112009032691914-pat00002
이러한 현상은 비단 PDI 뿐 아니라, Blue 27, Violet 20, Red 23 등 공지된 거의 모든 LCLC 화합물에서 나타나고 있다. 따라서 400 내지 450nm 영역을 흡수하는 새로운 구조를 갖는 LCLC 화합물이 요구되고 있다.
또한, LCLC 화합물에 의한 다층구조를 갖는 편광필름은 도 2a 및 도 2b에 도시된 제조방법에 의해 제조된다. 도 2a에 도시된 제조방법은 글래스 또는 운모(mica)로 이루어진 기재필름(1)위에 폴리 양이온(poly cation)(2)이 도포되고, blue27, violet20, red23 등의 유방성 크로모닉 액정 혼합물(3)의 수용액이 X축 방향의 기계적인 전단력(shearing)에 의하여 도포배향된 후, 불필요한 잉여물질들을 세척하여 제거하고 건조하면, 상기 건조된 필름상에 정전기적으로 적층된 크로모닉 액정의 적층구조가 온전하게 유지되므로 다층구조를 갖는 편광필름을 제조할 수 있다.
도 2b에 도시된 제조방법은 글래스 또는 운모(mica)로 이루어진 기재필름(1) 위에 폴리 양이온(2)이 도포되고, 유방성 크로모닉 액정인 blue27 수용액(3')이 침지(dipping) 방법에 의해 도포된 후, 건조된다. 상기 건조된 필름상에 폴리 양이온을 다시 도포하고, 유방성 크로모닉 액정인 blue27 수용액(3')이 침지방법에 의해 도포된 후 건조된다. 이 방법을 반복하면 다층의 액정 적층구조가 얻어지므로 다층 구조를 갖는 편광필름을 제조할 수 있다.
그러나 도 2a에 의한 편광필름 제조방법은 유방성 크로모닉 액정 혼합물은 그 구조가 유사하여야만 동일 구조간의 응집(aggregation)으로 인한 불균일성 문제가 해소되므로, 균일 혼합물 형태로 제조할 수 있는 유방성 크로모닉 액정의 종류가 제한된다는 문제점이 있다. 특히, 공지된 액정 혼합물인 blue27, violet20, red23 수용액으로 편광필름을 제조하면, 400에서 450nm의 단파장 영역에서의 광누락이 발생하는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 신규 크로모닉 액정이 필요하게 되나, 이 경우, 필요한 신규 크로모닉 액정의 구조는 기존 액정 혼합물과의 상용성이 고려되어야 하는 문제가 있다.
한편, 도 2b에 의한 편광필름 제조방법은 한 번 코팅에 의해 수nm 급의 얇은 박막이 형성되고 편광필름으로서의 역할을 수행하기 위해서는 수백 번의 반복 코팅이 필요하게 된다. 이러한 작업은 흡수파장 대역이 다른 크로모닉 액정에 대해서도 반복되어야 하므로 제조공정이 길어지는 등 생산성 측면에 문제가 있다.
따라서 간단한 방법에 의해 유방성 크로모닉 액정 화합물을 이용하여 가시광선 파장범위에 대해 균일한 편광기능을 나타내는 편광필름이 요구되며, 특히 단파장 영역의 커버가 가능하고, 다양한 종류의 유방성 크로모닉 액정이 이용 가능한 신규 구조의 유방성 크로모닉 액정 편광필름의 제조가 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 분자내에 친수성기를 갖고 400 내지 450nm 영역을 흡수하는 새로운 구조의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래와 달리, 기존 액정 화합물과의 상용성이 뛰어난 새로운 구조의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물을 이용하므로, 2차례의 코팅공정만으로 다층구조를 간단히 구현할 수 있어 생산성이 뛰어난 다층구조 편광필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 장파장 구간에서 우수한 편광특성을 유지하면서도 단파장(400 내지 450nm) 구간에서의 광누락이 현저히 개선된 다층구조 편광필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은,
하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물 5 내지 60 중량%, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물 10 내지 90중량%, 산성 작용기를 가진 산성 모노머 5 내지 40중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112009032691914-pat00003
상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은, 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량부에 대하여, 광 개시제 또는 열 개시제 중 적어도 하나로 이루어진 중합개시제 0.01 내지 10중량부를 더 포함하며, 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량부에 대하여, 비이온성 비닐모노머, 물, 유기용매, 가교성 모노머, 레벨링제, 습윤제, 자외선 안정제, 도전성 계면활성제 중 적어도 하나를 0.1 내지 80중량부 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량부에 대하여, 물 또는 유기용매 중 적어도 하나로 이루어진 용매 200 내지 2000중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름은,
하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물, 산성 작용기를 가진 산성 모노머를 포함하여 이루어진 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 포함하는 단파장 코팅막;
<화학식 1>
Figure 112009032691914-pat00004
염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물과 산성 작용기를 가진 산성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물; 또는 산성 작용기를 가진 산성 크로모닉 액정 화합물과 염기성 작용기를 가진 염기성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물; 중 어느 하나를 포함하는 장파장 코팅막;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 단파장 코팅막에서, 상기 나프탈렌계 화합물은 5 내지 60 중량%, 상기 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물은 10 내지 90중량%, 상기 산성 작용기를 가진 산성 모노머는 5 내지 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 장파장 코팅막에서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%를 포함하며, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%를 포함하는 것이 액정 조성물이 고체 결정과 등방성 유체 사이에서 액정의 특성을 갖추어 존재하기 위해 바람직하다.
본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 따르면, 분자내에 친수성기를 갖고 400 내지 450nm 영역을 흡수하는 새로운 구조의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물은 장파장 구간에서 우수한 편광특성을 유지하면서도 단파장(400 내지 450nm) 구간에서의 광누락이 현저히 개선되는 장점이 있다.
또한, 종래와 달리, 기존 액정 화합물과의 상용성이 뛰어난 새로운 구조의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물을 이용하므로, 2차례의 코팅공정만으로 다층구조를 간단히 구현할 수 있어 생산성이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 다층구조 편광필름을 구현하면, 장파장 구간에서 우수한 편광특성을 유지하면서도 단파장(400 내지 450nm) 구간에서의 광누락이 현저히 개선되는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 대하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은,
하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물 5 내지 60 중량%, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물 10 내지 90중량%, 산성 작용기를 가진 산성 모노머 5 내지 40중량%, 광 개시제 또는 열 개시제 중 적어도 하나로 이루어진 중합개시제, 비이온성 비닐모노머, 물, 유기용매, 가교성 모노머, 레벨링제, 습윤제, 자외선 안정제, 도전성 계면활성제 중 적어도 하나를 포함하여 이루어진다.
<화학식 1>
Figure 112009032691914-pat00005
구체적으로는,
Figure 112009032691914-pat00006
로 표현되며,
상기 화학식 1에서, R은 알킬기 또는 수소원자이며, A는 할로겐 원소,
Figure 112009032691914-pat00007
(Me는 메틸기를 포함한 알킬기) 또는 HCOO 중 어느 하나이다.
이하에서는 상기 화학식 1로 표현되는 상기 나프탈렌계 화합물에 대하여 살펴보기로 한다.
상기 구조는 일반적인 LCLC 화합물의 구조와는 달리, 비대칭(asymmetric) 형태를 가진다. 따라서, 상기 나프탈렌계 화합물은, 화학식 1에 나타낸 바와 같이, 좌측에 표현된 디아민기와, 우측에 표현된 벤즈이미다졸(benzimidazole)을 포함하여 이루어지는데, 이렇듯 상기 나프탈렌계 화합물은, 한쪽에 아민기, 디아민기 등의 친수성기를 구비하고, 다른 한쪽에는 공액 길이를 연장시키는 벤즈이미다졸 구조가 도입되어, 400 내지 450nm의 단파장 영역을 흡수하는 효과를 발휘한다. 이러한 구조를 갖는 본 발명에 의한 나프탈렌계 화합물의 제조방법은 아래와 같다.
하기 화학식 2-1로 표현되는 1 몰의 1,4,5,8-나프탈렌 테트라카르복실산 1,8-모노안하이드라이드(이하 ‘나프탈렌 모노안하이드라이드’라 한다)를 증류수가 담긴 플라스크에 분산시키고, 화학식 3로 표현되는 1 내지 10 몰의 N,N-디에틸 에틸렌디아민 수용액을 첨가 한 후, 교반하면서 반응시킨다.
<화학식 2-1>
Figure 112009032691914-pat00008
<화학식 3>
Figure 112009032691914-pat00009
여기서, 화학식 2-1의 나프탈렌 모노안하이드라이드 1 분자당 화학식 3의 N,N-디에틸 에틸렌디아민 1 분자가 반응하므로 화학식 2-1의 화합물 1 몰당 최소한 화학식 3의 화합물 1 몰을 반응시켜야 하며, 화학식 2-1의 화합물에 대한 화학식 3의 화합물의 상대적인 몰 비율이 커질수록 반응 수율이 증대된다. 그러나, 화학식 2-1의 화합물 1 몰당 화학식 3의 화합물이 10몰을 초과하면 분리정제 측면에서 바람직하지 않다. 반응은 20℃ 내지 150℃에서 2 시간 내지 3일 동안 진행한다. 반응온도가 20℃ 미만이면 반응 수율이 낮은 점에서 바람직하지 않으며 150℃를 초과하면 화합물의 분해가 우려된다는 점에서 바람직하지 않다. 반응시간은 2시간 미만이 면 수율이 지나치게 낮다는 점에서 바람직하지 않으며 3일을 초과하면 생산성이 낮다는 점에서 바람직하지 않다. 반응이 종료되면 반응물을 상온으로 냉각하고 반응물에 약 1L의 아세톤을 첨가한다. 얻어진 결정은 여과하고 아세톤 또는 메탄올, 에탄올과 같은 극성 유기 용매를 사용하여 수차례 세척한다. 결정을 수거하여 진공 오븐에서 예를 들어, 50℃ 내지 120℃로 1일 내지 7일 동안 건조한다.
다음, 상기 방법으로 얻어진 화학식 2-2로 표현되는 생성물 (1,4,5,8-나프탈렌 테트라카르복실산 디에틸아미노에틸 1,8-이미드 (이하 ‘나프탈렌 카르복실산 이미드’라 한다.) 1 몰을 빙초산에 녹인 후, 화학식 4로 표시되는 1 내지 5 몰의 오르소-페닐렌 디아민을 첨가하고 O℃에서 10분 내지 1시간 정도 교반 후 반응시킨다.
<화학식 2-2>
Figure 112009032691914-pat00010
<화학식 4>
Figure 112009032691914-pat00011
반응은 80℃ 내지 150℃에서 3 시간 내지 4일 동안 진행한다. 반응온도가 80℃ 미만이면 반응 수율이 낮은 점에서 바람직하지 않으며 150℃를 초과하면 부가 반응이 우려된다는 점에서 바람직하지 않다. 반응시간은 3시간 미만이면 수율이 지나치게 낮다는 점에서 바람직하지 않으며, 4일을 초과하면 생산성이 낮다는 점에서 바람직하지 않다. 반응이 종료되면 반응물을 상온으로 냉각하고 반응물에 약 1L의 에테르를 첨가한다. 얻어진 결정은 여과하고 에테르 같은 극성 유기 용매를 사용하여 수차례 세척한다. 결정을 수거하여 진공 오븐에서 예를 들어, 50℃ 내지 120℃로 1일 내지 7일 동안 건조한다. 상기 건조조건은 생성된 화학식 1의 화합물의 물성에 영향을 미치지 않으면서 용매등이 모두 제거될 수 있는 한 특히 한정하는 것은 아니나, 이러한 사항을 고려하여 상기 온도 및 시간범위로 건조하는 것이 바람직하다.
다만, 이러한 나프탈렌계 화합물은 그 자체로는 결정 구조를 갖기 때문에, 단독으로 액정 박막으로 활용하기는 어렵다. 따라서, 액정 박막으로 사용하기 위해서는 이를 액정상으로 전환시켜야 할 필요가 있다. 이를 위하여, 본 발명에서는 대칭형(symmetric) 구조를 가진 일반적인 LCLC를 혼합하여 상기 문제점을 해결하였다.
즉, 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물은, 상기 나프탈렌계 화합물에 유방성 크로모닉 액정(LCLC)화합물을 더 포함하여 이루어진다. 여기서, 사용되는 LCLC 화합물은, 화학식 1의 나프탈렌 화합물과 혼합하여 액정상을 이룰 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 아니하나, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물을 혼합하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 나프탈렌 화합물에 결합되어 있는 친수성 작용기가 용액 상에서 질소 이온(N+) 등의 양이온을 발현하는 아민기이기 때문에, 혼합물 형성 과정에 있어서, 음이온 작용기를 가진 산성 크로모닉 액정 화합물을 혼합하는 경우, 작용기끼리의 반응으로 화합물 간의 응집(aggregation)으로 인한 불균일성 문제가 발생할 수 있기 때문이며, 따라서 바람직하게는 상기 나프탈렌 화합물의 작용기와 동일하게, 염기성 작용기를 포함하는 염기성 크로모닉 액정 화합물을 혼합한다. 다만, 산성 크로모닉 액정 화합물 중에서도, 상기 나프탈렌계 화합물과의 혼합성(miscibility)이 우수하고, 액정상을 자연스럽게 형성할 수 있는 것이라면, 그 사용이 제한되지 않는다.
또한, 상기 산성 또는 염기성 크로모닉 액정 화합물 중에서도 본 발명에 의한 나프탈렌계 화합물의 중심분자와 동일한 크기 또는 그보다 더 큰 중심분자를 가진 LCLC를 적용하는 것이 더욱 바람직하다. 이는, 결정상 나프탈렌계 화합물의 중심분자보다 LCLC의 중심분자가 작게되면, 분자 적층시 LCLC의 벌키(bulky)한 친수성 작용기가 나프탈렌계 화합물의 중심분자 구조 위에 위치하게 되고, 나프탈렌계 화합물과 LCLC간의 중심분자간의 π-π 상호작용에 의한 자기 조립을 방해하게 되어 나프탈렌계 화합물의 결정이 석출될 가능성이 높기 때문이다.
또한, 상기 나프탈렌계 화합물 및 LCLC 화합물의 혼합물은, 액정으로서의 특성과 단파장 흡수 특성을 모두 구비하여야 하는바, 이러한 조건을 만족시키기 위하여, 양자의 함량을 적정한 수준에서 맞추어야 한다. 따라서, 나프탈렌계 화합물 5 내지 60 중량%, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물 10 내지 90중량%, 산성 작용기를 가진 산성 모노머 5 내지 40중량%를 포함하는 것이 상기 조건을 만족시키는데 가장 바람직하다.
또한, 액정 박막을 형성하기 위한 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물은 기본적으로 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량부에 대하여, 물 또는 유기용매 중 적어도 하나로 이루어진 용매 200 내지 2000중량부를 더 포함하여 이루어진다. 용매가 200중량부 미만이거나 2000중량부를 초과하는 경우에는 액정 박막을 형성하기 어렵다는 문제가 있다.
상기 용매로서는 물을 사용할 수도 있고, 유기용매로서, 알콜계, 아세테이트계, 에테르계, 글리콜계, 케톤계, 및 카보네이트계 등의 유기용매나 디메틸포름알데히드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 등의 비양성자성 극성 유기용매 중에서 어느 하나를 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸포름알데히드(DMF) 또는 메탄올을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
상술한 바와 같이, 나프탈렌계 화합물-일반적 LCLC 화합물-용매를 기본구성으로 하는 본 발명에 의한 나프탈렌계 LCLC 조성물은 400 내지 450nm 영역의 단파장을 흡수하는 특성을 지니므로, 편광필름 등의 광학필름을 제조할 때, LCLC 층이 다층으로 적층된 필름을 제조하여, 어느 일층에는 500 내지 700nm의 장파장을 흡수하는 일반적인 LCLC 조성물로 층을 형성하고, 다른 층에는 본 발명에 의한 나프탈렌계 LCLC조성물층을 형성하면, 가시광선 스펙트럼의 모든 영역을 흡수하는 우수한 효율의 광학필름을 얻을 수 있다.
상술한 내용 외에 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물에 대한 내용은 이하의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에서 설명하도록 한다.
다음으로, 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름의 일실시예에 대해 살펴보도록 한다.
이는 상기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물, 산성 작용기를 가진 산성 모노머를 포함하여 이루어진 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 포함하는 단파장 코팅막;
염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물과 산성 작용기를 가진 산성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물; 또는 산성 작용기를 가진 산성 크로모닉 액정 화합물과 염기성 작용기를 가진 염기성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물; 중 어느 하나를 포함하는 장파장 코팅막;을 포함하여 이루어진다.
상기 단파장 코팅막에서, 상기 나프탈렌계 화합물은 5 내지 60 중량%, 상기 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물은 10 내지 90중량%, 상기 산성 작용기를 가진 산성 모노머는 5 내지 40중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 이는 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물에서의 함량과 동일하다.
또한, 상기 장파장 코팅막에서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%를 포함하며, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%를 포함하는 것이 액정 조성물이 고체 결정과 등방성 유체 사이에서 액정의 특성을 갖추어 존재하기 위해 바람직하다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름은 글라스 또는 운모(mica)로 이루어진 기재필름(1) 위에 예를 들어 아래 화학식의 폴리 음이온(poly anion)이 도포되고, LCLC 염료를 포함하는 LCLC 조성물의 수용액이 X축 방향의 기계적인 전단력(shearing)에 의하여 도포배향된 후, 불필요한 잉여물질들을 세척하여 제거하고 건조하여 장파장을 흡수하는 제 1LCLC층(20)을 적층하고, 제1LCLC층(20) 위에 다시 폴리 음이온을 도포한 후, 그 위에 단파장을 흡수하는 본 발명에 의한 나프탈렌계 LCLC 조성물을 제1LCLC층(20)형성과정과 동일한 방법으로 도포/배향/건조하여 제2LCLC층(30)을 형성하여 적층함으로써, 상기 건조된 필름상에 정전기적으로 적층된 크로모닉 액정의 2층 적층구조가 온전하게 유지되는 편광필름을 얻게 된다.
본 실시예에서는 2층 적층 방식을 예시하였으나, 제2LCLC층(30) 위에 폴리이온층 및 적합한 LCLC 조성물로 이루어진 층을 반복하여 적층함으로써, 다층 구조의 광학필름을 제조할 수도 있다. 또 다른 방식은, 상기 각각의 LCLC층(20, 30)을 형성함에 있어, LCLC 염료 수용액 또는 조성물을 침지(dipping) 방법에 의해 도포한 후, 건조하는 방식을 사용할 수 있다. 즉, 공지의 LCLC 화합물을 포함하는 조성물과 본 발명에 의한 나프탈렌계 LCLC 조성물을 교대로 반복하여 적층하여 광학필름을 얻는 방식이라면, 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다.
<폴리음이온의 화학식>
Figure 112009032691914-pat00012
<폴리음이온의 화학식>
Figure 112009032691914-pat00013
또한, 본 발명에서는 종래의 유방성 크로모닉 액정이 물을 용매로 하여(Water-based) 제조됨으로써, 다층구조를 구현함에 있어서 유방성 크로모닉 액정간의 응집 등의 문제점을 보완하기 위하여, 이하에서 설명하는 모노머를 베이스로 한 유방성 크로모닉 액정 조성물을 개발함으로써, 액정상을 유지하면서 가교가 가능함으로써 다층구조의 편광필름을 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
또한, 크로모닉 액정 화합물의 방향족 소수성 코어를 둘러싼 산성 작용기의 음이온 또는 염기성 작용기의 양이온과 이에 대한 상대이온(counter-ion)으로서의 염기성 모노머의 양이온 또는 산성 모노머의 음이온이 상호작용하여, 새로운 작용기를 가진 유방성 크로모닉 액정을 생성하고, 상기 유방성 크로모닉 액정 조성물을 경화시킬 경우에 있어서, 상기 새로운 작용기에 의한 중합반응에 의하여 액정 염료에서 적층 구조를 이루는 각각의 분자 응집체 간 결합 및 상기 분자 응집체와 기재필름 간의 결합을 견고하게 하고, 이에 따라 형성된 필름의 우수한 기계적, 광학 적, 전기적 특성을 도모할 수 있다.
또한, 기재필름에 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 코팅하는 방식은 스핀코팅(Spin Coating), 딥코팅(Dip coating), 플로우 코팅(Flow coating), 로드 코팅 (rod coating), 스프레이 코팅(Spray coating), 슬롯다이 코팅(slot die coating), 롤 코팅(Roll coating), 그라비아 코팅(Gravure Coating), 마이크로 그라비아 코팅(Micro-Gravure Coating) 등이 사용될 수 있으나, 전단력을 이용하는 것이 배향에 가장 효과적이므로 슬롯다이 코팅 또는 로드 코팅방식을 이용하는 것이 가장 바람직하다. 이를 통해, 크로모닉 액정 분자의 축이 전단력을 가하는 방향에 수직으로 배향된다. 도 4은 상기 방식으로 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 코팅하여 배향한 것을 촬영한 사진이다.
또한, 상기 기재필름으로는 글래스 또는 운모(mica)나, 트리아세틸셀룰로오스(TAC)와 같은 비등방성 필름을 사용할 수 있으며, 소수성 투명수지 필름으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴계 중합체, 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴-스타이렌 공중합체 등의 스타이렌계 중합체, 폴리카보네이트계 중합체 등 일반적인 투광성 수지를 제한 없이 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명에서 사용되는 유방성 크로모닉 액정 조성물의 구성에 대하여 살펴보기로 한다.
(화학식 Ⅰ-1)
Figure 112009032691914-pat00014
(화학식 Ⅰ-2)
Figure 112009032691914-pat00015
(화학식 Ⅰ-3)
Figure 112009032691914-pat00016
(화학식 Ⅰ-4)
Figure 112009032691914-pat00017
(화학식 Ⅰ-5)
Figure 112009032691914-pat00018
(화학식 Ⅰ-6)
Figure 112009032691914-pat00019
(화학식 Ⅰ-7)
Figure 112009032691914-pat00020
(화학식 Ⅰ-8)
Figure 112009032691914-pat00021
(화학식 Ⅰ-9)
Figure 112009032691914-pat00022
상기 화학식 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-9에서 R은 알킬기 또는 수소원자이며, A는 Cl,
Figure 112009032691914-pat00023
(Me는 메틸기를 포함한 알킬기) 또는 HCOO 중 어느 하나이며, X는 수소 또는 할로겐 원자(Cl, Br 등)이다.
또한, 여기서 '산성 작용기'라고 하는 것은, 방향족 고리에 직접적으로 접해있는 작용기를 말하며, 산성을 가진 작용기라면 특별히 한정되지 아니하나, 주로 후술하는 염기성 모노머와 반응시 카르복실레이트(COO-)이온이 발현되는 COO-의 염, 에스테르기, 카르복실기; 반응시 인산 이온(PO3 -)이 발현되는 인산염, 포스핀기, 인산기, 포스포닉산기; 반응시 술폰산 이온(SO3 -)이 발현되는 술폰산염, 술폰산기를 들 수 있다. 상기 산성 작용기는 일반적으로 상술한 바와 같이 에스테르기, 포스핀기, 술폰산기 등의 형태로 존재하거나, 상기 카르복실레이트(COO-)이온 등과 H+, NH4 +, Li+, Na+, K+, Cs+ 등, 다른 양이온이 결합되어, 염(salt)의 형태로 존재하고 있으며, 후술하는 염기성 모노머와 반응할 때에는, 상기 음이온이 노출되어, 상기 모노머의 산성 작용기의 양이온과 결합하게 된다.
이러한 산성 크로모닉 액정 화합물의 구체적인 예는, 아래 화학식 Ⅱ-1 내지 화학식 Ⅱ-6에 나타낸 바와 같다. 다만, 상기 산성 크로모닉 액정 화합물은, 아래 화학식에 한정되지 아니한다.
(화학식 Ⅱ-1)
Figure 112009032691914-pat00024
(화학식 Ⅱ-2)
Figure 112009032691914-pat00025
(화학식 Ⅱ-3)
Figure 112009032691914-pat00026
(화학식 Ⅱ-4)
Figure 112009032691914-pat00027
(화학식 Ⅱ-5)
Figure 112009032691914-pat00028
(화학식 Ⅱ-6)
Figure 112009032691914-pat00029
상기 화학식 Ⅱ-1 내지 화학식 Ⅱ-6에서 R은 알킬기 또는 수소 원자, n=1~3, X는 수소 또는 할로겐 원자 1~3개, Me는 메틸기를 포함한 알킬기, C는 H+, NH4+, Li+, Na+ K+, 등의 양이온이다.
상기 염기성 또는 산성 크로모닉 액정 화합물은 상기 염기성 또는 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물에 대하여 5 내지 40중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%로 포함되는 것이 효과적이다. 상기 염기성 또는 산성 크로모닉 액정 화합물의 함량 범위는, 액정 조성물이 고체 결정과 등방성 유체 사이에서 액정의 특성을 갖추어 존재하기 위한 바람직한 범위이다.
나. 산성 및 염기성 모노머
상술한 바와 같이, 크로모닉 액정 화합물과 수용액을 혼합하고, 상기 혼합용액을 배향시키고, 이를 건조하여 얻어지는 종래의 광학 필름의 경우에는 수용액을 건조시키는 과정에서 균열이 발생하기 쉽고, 액정 분자 간의 응집력이 약해지는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명에서는 수용액 대신에 산성 또는 염기성 모노머를 사용하여 각각 산성 모노머의 경우에는 상기 염기성 크로모닉 액정 화합물의 염기성 작용기와, 염기성 모노머의 경우에는 상기 산성 크로모닉 액정 화합물의 산성 작용기와 강한 이온 결합을 생성하고, 상기 결합되어 생성된 액정 분자들이 적층 배향된 상태에서 중합을 수행함으로써, 분자들 간의 강한 결합을 유도함으로써, 액정 분자 간의 강한 응집력과 높은 표면 경도를 얻게 하였다.
본 발명에서 사용되는 "산성 모노머"란, 상기 염기성 크로모닉 액정 화합물의 염기성 작용기에 대응하는 산성(acidic) 작용기를 가진 모노머라면 특별히 한정되지 아니하며, 상기 염기성 크로모닉 액정 화합물과 반응시 카르복실레이트(COO-)이온이 발현되는 COO-의 염, 에스테르기, 카르복실기 등을 포함하는 아크릴레이트계 모노머; 반응시 인산 이온(PO3 -)이 발현되는 인산염, 포스핀기, 인산기, 포스포닉산기 등을 포함하는 모노머; 반응시 술폰산 이온(SO3 -)이 발현되는 술폰산염, 술폰산기 등을 포함한 모노머를 들 수 있고, 대표적으로, (메트)아크릴산, 크로톤산, 말레산 또는 이타콘산의 금속 염들, 2-아크릴아미도-2-메틸 프로판 술포네이트, 술포프로필 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 또는 이들의 다른 수용성 형태들 또는 다른 중합가능한 카르복실산 또는 술폰산, 술포메틸화된 아크릴아미드, 아릴 술포네이트, 나트륨 비닐 술포네이트 등을 포함하며, 단독으로 또는 이들로부터 선택된 한가지 이상의 조합으로 구성될 수도 있다. 기타, 본 발명에 사용되는 산성 모노머는 아래 화학식 Ⅲ-1 내지 화학식 Ⅲ-6과 같다.
(화학식 Ⅲ-1)
Figure 112009032691914-pat00030
(화학식 Ⅲ-2)
Figure 112009032691914-pat00031
(화학식 Ⅲ-3)
Figure 112009032691914-pat00032
(화학식 Ⅲ-4)
Figure 112009032691914-pat00033
(화학식 Ⅲ-5)
Figure 112009032691914-pat00034
상기 화학식에서, n=0~3이다.
(화학식 Ⅲ-6)
Figure 112009032691914-pat00035
상기 화학식에서, A는 수소, 알칼리 금속의 양이온 또는 1급 내지 4급의 암모늄 양이온이며, n=0~3이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 "염기성 모노머"란, 상기 산성 크로모닉 액정 화합물의 산성 작용기에 대응하는 염기성(basic) 작용기를 가진 모노머라면 특별히 한정되지 아니하며, 상기 염기성 작용기는, 산성 크로모닉 액정 화합물과 반응시 양이온, 주로 아민기, 이민기, 아마이드기, 아지드기, 질산염기 또는 암모늄기 등의 질소 이온(N+)을 발현하는 작용기를 말한다. 대표적인 염기성 모노머는 디알킬아미노알킬아크릴레이트 및 메타크릴레이트와 이의 4차 또는 산염(예를 들어, DMAEA, MAQ), 디알킬아미노알킬아크릴아미드 및 메타크릴아미드와 이의 4차 또는 산염, N,N-디알릴아민과 이의 암모늄 염, 디아릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 만니히생성물(Mannich products) 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 알킬 그룹은 일반적으로 C1-4 알킬이다.
기타, 본 발명에 사용되는 염기성 모노머는 아래 화학식 Ⅳ-1 내지 화학식 Ⅳ-5과 같다.
(화학식 Ⅳ-1)
Figure 112009032691914-pat00036
(화학식 Ⅳ-2)
Figure 112009032691914-pat00037
(화학식 Ⅳ-3)
Figure 112009032691914-pat00038
(화학식 Ⅳ-4)
Figure 112009032691914-pat00039
(화학식 Ⅳ-5)
Figure 112009032691914-pat00040
(3) 광 개시제
상기 유방성 크로모닉 액정 조성물은, 배향 후에 중합을 용이하게 하기 위해 광개시제, 열개시제 등의 중합 개시제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 광개시제는 자외선 등에 의하여 조성물을 광 중합시키는 경우에 사용되며, 구체적으로 디에톡시아세트페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 벤질디메틸케탈, 1-하이드록시사이클로헥실-페닐케톤, 2-메틸-2-모르핀(4-티오메틸페닐) 프로판-1-온 등의 아세트페논류, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인에테르류, 벤조페논, o-벤조일안식향산메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐아황산, 4-벤조일-N, N-디메틸-N-[2-(1-옥소-2-프로페닐옥시)에틸] 벤젠메타나미늄블로미드, (4-벤조일벤질) 트리메틸암모늄클로라이드 등의 벤조페논류, 2, 4-디에틸티옥산톤, 1-클로로-4-디클로로티옥산톤 등의 티옥산톤류, 2, 4, 6-트리메틸벤조일디페닐벤조일옥사이드 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또, 촉진제(증감제)로서, N, N-디메틸파라톨루이진, 4, 4'-디에틸아미노벤조페논 등의 아민계 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 의한 유방성 크로모닉 액정 조성물을 열 중합하는 경우에는, 열개시제를 사용한다. 열개시제로서는, 디아실퍼옥시드류, 퍼옥시케탈류, 케톤 퍼옥시드류, 히드로퍼옥시드류, 디알킬퍼옥시드류, 퍼옥시에스테르류 및 퍼옥시디카르보네이트류 등의 유기 과산화물 유리 라디칼 개시제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 라우로일 퍼옥시드, 벤조일 퍼옥시드, 시클로헥사논 퍼옥시드, 1,1-비 스(t-부틸퍼옥시)3,3,5-트리메틸시클로헥산 및 t-부틸히드로퍼옥시드 등을 언급할 수 있다. 다르게는, 퍼설페이트/비설파이트의 조합을 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제의 함량은 조성물 100중량%에 있어서, 0.01중량% 내지 10중량%의 범위가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5중량% 내지 5중량%이다. 중합 개시제의 함량이 0.1중량% 보다 작으면 중합 효과를 얻기 힘들고, 중합 개시제의 함량이 10중량% 보다 크면 중합 개시 효과에 비하여 지나치게 많은 중합 개시제가 투입되어 경제성이 떨어진다.
(4) 첨가제 및 용매
또한, 본 발명에 사용되는 유방성 크로모닉 액정 조성물은 경우에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있고, 점도 조절을 용이하기 위하여 유기용매, 물 등의 용매를 첨가할 수도 있다. 상기 첨가제의 예로서는, 제조된 박막의 물성을 조절해 주기 위하여 상기 산성 모노머와 공중합이 가능하도록 첨가되는 비이온성 비닐 모노머, 조성물의 평활성을 증대시키기 위한 레벨링제(leveling agent), 조성물의 표면장력을 감소시켜 기재필름에 대한 습윤성을 향상시키는 습윤제(wetting agent), 자외선 안정제, 열 안정제, 도전성 계면활성제, 가교용 모노머, 노화 방지제, 변성제 또는 기타 물질이 포함될 수 있다. 상기 도전성 계면 활성제로서는 4급 암모늄이 바람직하다.
상기 비이온성 비닐 모노머는 당 분야에 잘 알려진 공중합 가능한 비이온성 에틸렌계 불포화 모노머이다. 바람직한 비이온성 비닐 모노머는 CH 2 =C(X)Z 또는 CH 2 =CH-OC(O)R 등의 화합물이다. 여기서, X는 H 또는 메틸이고; Z는 -C(O)OR1 , -C(O)NH2 , -C(O)NHR1 , -C(O)N(R1 )2 , -C6 H4R1 , -C6H4OR1,-C6H4Cl, -CN,-NHC(O)CH3 , -NHC(O)H, N-(2-피롤리도닐), N-카프로락타밀, -C(O)NHC(CH3)3, -C(O)NHCH2CH 2, -N-에틸렌우레아, -SiR3 , -C(O)O(CH 2)xSiR3 , -C(O)NH(CH 2)xSiR3 또는 -(CH 2)xSiR3 이며; x는 1 내지 약 6의 정수이고; R는 각각 독립적으로 C 1 -C 18 알킬이며; R1 은 각각 독립적으로 C1 -C30 알킬, 히드록시 치환된 C2 -C30 알킬 또는 할로겐 치환된 C1 - C30 알킬이다.
적합한 수불용성 비이온성 비닐 모노머로는 C1 -C30 알킬 (메트)아크릴레이트; C1 -C30 알킬 (메트)아크릴아미드; 스티렌; 치환된 스티렌, 예컨대 비닐 톨루엔(즉, 2-메틸스티렌), 이소프로필 스티렌, p-클로로스티렌 등; 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트, 비닐 네오데카노에이트 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
적합한 수용성 비이온성 비닐 모노머의 예로는, C2 -C6 히드록시알킬(메트)아크릴레이트; 글리세롤 모노(메트)아크릴레이트; 트리스(히드록시메틸)에탄 모노(메트)아크릴레이트; 펜타에리트리톨 모노(메트)아크릴레이트; N-히드록시메틸 (메트)아크릴아미드; 2-히드록시에틸 (메트)아크릴아미드 등 및 이의 조합을 들 수 있 으나, 이들에 국한되는 것은 아니다.
특히 바람직한 비이온성 비닐 모노머로서는, 아크릴산과 메타크릴산의 C 1 -C18 알킬 에스테르, 메타크릴아미도에틸-N-에틸렌 우레아 및 이의 조합을 들 수 있다.
상기 가교용 모노머의 구체예로서는, 아크릴계 다관능성 단량체, 에폭시계 가교제, 금속 킬레이트 가교제, 실란계 가교제, 알데히드, N-메틸올 화합물, 디옥산 유도체, 카르복실기를 활성화시킴으로써 작용하는 화합물, 활성 비닐 화합물, 활성 할로겐 화합물, 이속사졸 및 디알데히드 전분 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 이용될 수 있다.
바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜디(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸디(메타)아크릴레이트, 디비닐벤젠, 디알릴에테르, 디(메타)아크릴 아미드와 같은 두 개 이상의 비닐 작용기를 갖는 비이온성 비닐 모노머 또는 음이온성 비닐 모노머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 노화 방지제로서는, 예를 들어 페놀계 화합물, 아민계 화합물, 유기 황계 화합물, 포스핀계 화합물을 들 수 있다. 상기 변성제로서는, 예를 들어 글리콜류, 실리콘류나 알코올류를 들 수 있다. 상기 계면 활성제는, 예를 들어 광학 필름의 표면을 평활하게 하기 위하여 이용되고, 구체예로서는 실리콘계, 아크릴계, 불소계 등의 계면 활성제를 들 수 있다.
그 밖에, 분산제, 종결제, 경화제, 오존화방지제, 산화방지제, 가소제, 점도 개질제, 예컨대 증점제 및 충전제, 기판 상에 침착된 후 입자간 접촉의 친밀도를 개선하는 기능을 하는 응집제, 및 자외선, 적외선 또는 가시광선을 흡수하는 염료 및 안료로서 기능하는 특정 화합물을 추가로 함유할 수 있다. 예를 들어, 광학 투명성을 개선시키는 첨가제로서, 디메틸아미노피리딘(DMAP)을 들 수 있다.
용매로서는, 물을 사용할 수도 있고, 유기용매로서, 알콜계, 아세테이트계, 에테르계, 글리콜계, 케톤계, 및 카보네이트계 등의 유기용매나 디메틸포름알데히드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 등의 비양성자성 극성 유기용매 중에서 어느 하나를 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸포름알데히드(DMF) 또는 메탄올을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
이러한 첨가제 및 용매의 첨가량은, 상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 또는 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물 또는 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 대하여, 0.01 내지 40중량%를 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 0.1 내지 35중량%를 첨가한다. 상기 범위로 첨가제 및 용매를 첨가하여, 상기 크로모닉 화합물 및 모노머와의 조합을 통해 가장 바람직한 특성을 발현할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 및 이를 이용한 다층구조 편광필름의 일실시예를 통해, 본 발명의 효과를 입증해 보도록 한다.
실시예 1 <나프탈렌계 염기성 유방성 크로모닉 액정조성물의 제조>
상기 화학식 1의 나프탈렌계 화합물 0.05g과, 염기성 크로모닉 액정 화합물로서, 상기 화학식 I-2으로 표현되는 Red 2304(Optiva 사 제조) 0.05g을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하였다.
이렇게 얻어진 1차 혼합물을 16.5N의 포름산(HCOOH) 수용액 내 10중량% 첨가하여 용해시킨 후, 이에 대한 편광현미경 사진을 촬영한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 액정상으로 변화된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 이 용액의 광학 특성을 측정하여 그래프로 표시한 결과, 도 6에 나타난 종래의 유방성 크로모닉 액정 조성물에 비해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 400 내지 450nm 파장 영역의 흡수가 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
실시예 2 <다층구조의 편광필름 제조>
유리기판 위에 염기성 크로모닉 액정 화합물로서, 상기 화학식 I-4와 I-6 각각 0.05g과 반응성 모노머로써, 상기 화학식 Ⅲ-3의 아크릴 산 0.05ml 및 광개시제 (Irgacure 907, Ciba 사 제조) 0.0025g을 혼합하여 적하한 후, 로드를 이용한 전단력에 의하여 코팅한 다음, 금속 할로겐 램프를 이용하여 20mJ/cm2의 광으로 조사하여 도포된 액정 코팅막을 경화시켜, 제 1액정 코팅막을 얻었다.
또한, 상기 제 1액정 코팅막 위에 염기성 크로모닉 액정 화합물로서, 상기 화학식 Ⅰ-2로 표현되는 Red 2304(Optiva 사 제조) 0.05g, 상기 화학식 1 0.05g 과, 반응성 모노머로서, 화학식 Ⅲ-3의 아크릴 산 0.05ml, 및 광개시제(Irgacure 907, Ciba 사 제조) 0.0025g을 혼합하여 적하한 후, 로드를 이용한 전단력에 의하여 코팅한 다음, 금속 할로겐 램프를 이용하여 20mJ/cm2의 광으로 조사하여 도포된 액정 코팅막을 경화시켜, 제 2 액정 코팅막을 얻었다. 이렇게 본 발명의 2층구조의 편광필름을 제조하였다.
이렇게 얻어진 본 발명의 2층구조의 편광필름에 대한 투과율 및 편광효율을 아래와 같이 측정하였으며, 그 결과는 도 8에 나타낸 바와 같다.
투과율
투과율은 분광도계(Jasco사의 V-7100)를 사용하여 측정하였으며, 다음의 식을 이용하여 구하였다.
투과율(%) = (Iout/Iin) * 100
여기서, Iin 는 입사광, Iout 는 투과광이며,
평행투과율 T(0°)은 배향된 필름의 전단축(shearing axis)이 입사광의 편광축과 평행한 경우의 투과율(%),
직교투과율 T(90°)은 배향된 필름의 전단축(shearing axis)이 입사광의 편광축과 직교하는 경우의 투과율(%),
평균 투과율(Tmean)은 상기 평행투과율과 직교투과율과의 평균치로서, 다음의 식을 이용하여 구하였다.
평균투과율(Tmean)=[T(0°)+ T(90°)]/2 × 100(%)
편광효율(V)
편광효율은 다음의 식을 이용하여 구하였다.
편광도(V) = [T(0°)- T(90°)]/[T(0°)+ T(90°)]×100(%)
도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 제조예에 의하여 제조된 액정 편광필름에 따르면, 원재료 조성물에 포함된 화학식 1의 나프탈렌계 화합물의 영향으로, 입사광의 편광축이 전단력 방향에 직교하는 경우, 400 내지 450nm의 단파장 가시광선에 대한 흡수특성이 현저하게 우수하게 발현되며, 반대로 입사광의 편광축이 전단력과 평행한 경우에는 상기 단파장 가시광선 영역에서 미약한 흡수만이 일어나는 것을 알 수 있다. 이는, 기재필름상의 LCLC 조성물 분자들의 장축(long axes)이 대부분 전단력 방향에 대하여 직교하여 배향되었음을 나타낸다.
또한, 종래의 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용한 도 6 및 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 단층구조의 편광필름을 제조하여 편광특성을 측정한 도 7의 결과보다 직교투과율이 단파장 영역에서부터 장파장 영역까지 모두 균일하게 낮게 나타나, 전 가시광선 영역에서의 우수한 흡수 특성을 보일 것이며, 편광 효율 역시 모두 80% 이상의 우수한 특성을 보임을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실험예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능 범위까지 본 발명의 청구범위의 권리범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 공지된 LCLC 화합물의 가시광선 흡수 스펨트럼 및 가시광선 파장 영역에서의 투과율 그래프
도 2a 및 도 2b는 각각 종래에 공지된 LCLC 화합물을 이용한 다층구조 편광필름
도 3은 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름의 단면도
도 4는 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 코팅하여 배향한 것을 촬영한 사진
도 5는 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물에 대한 편광현미경 사진
도 6은 종래의 유방성 크로모닉 액정 조성물에 대한 가시광선 파장 영역에서의 투과율 그래프
도 7은 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물에 대한 가시광선 파장 영역에서의 투과율 그래프
도 8은 본 발명의 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름에 대한 가시광선 파장 영역에서의 투과율 그래프

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물 5 내지 60 중량%, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물 10 내지 90중량%, 산성 작용기를 가진 산성 모노머 5 내지 40중량%를 포함하여 이루어진 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물.
    <화학식 1>
    Figure 112009032691914-pat00041
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은, 광 개시제 또는 열 개시제 중 적어도 하나로 이루어진 중합개시제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물은,
    비이온성 비닐모노머, 물, 유기용매, 가교성 모노머, 레벨링제, 습윤제, 자외선 안정제, 도전성 계면활성제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량부에 대하여, 물 또는 유기용매 중 적어도 하나로 이루어진 용매 200 내지 2000중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정조성물.
  5. 하기 화학식 1로 표현되는 나프탈렌계 화합물, 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물, 산성 작용기를 가진 산성 모노머를 포함하여 이루어진 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 포함하는 단파장 코팅막;
    <화학식 1>
    Figure 112009032691914-pat00042
    염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물과 산성 작용기를 가진 산성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성 물; 또는 산성 작용기를 가진 산성 크로모닉 액정 화합물과 염기성 작용기를 가진 염기성 모노머 및 광개시제를 포함하여 이루어진 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물; 중 어느 하나를 포함하는 장파장 코팅막;을 포함하여 이루어진 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단파장 코팅막에서, 상기 나프탈렌계 화합물은 5 내지 60 중량%, 상기 염기성 작용기를 가진 염기성 크로모닉 액정 화합물은 10 내지 90중량%, 상기 산성 작용기를 가진 산성 모노머는 5 내지 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 장파장 코팅막에서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 산성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%이며, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 조성물 100중량%에 있어서, 상기 염기성 유방성 크로모닉 액정 화합물은 5 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 나프탈렌계 유방성 크로모닉 액정 조성물을 이용하여 제조된 다층구조 편광필름.
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