KR101099932B1 - 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물 및 이에 의해 형성된 고분자 분산형 액정 복합막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 분산형 액정 복합막(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)용 프리폴리머 조성물 및 이에 의해 형성된 고분자 분산형 액정 복합막에 관한 것으로, 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물은 다관능성 올리고머 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량%를 포함하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 있어서, 상기 희석제와 가교제는 30:1 내지 99:1의 조성비를 가지고, 전자빔을 활용하여 광개시제가 필요로 하지 않는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물은 각 성분의 신규 혼합비와 함께 UV경화기 대신 전자빔을 도입함으로써 광개시제를 사용하지 않으므로 생산비용을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 이들 조성물에 액정물질을 일정 비율로 혼합하므로 고분자 분산형 액정 복합막을 용이하게 얻을 수 있으며, 이렇게 형성된 고분자 분산형 액정 복합막은 종래의 고분자 분산형 액정 복합막과 비교하여 구동 전압이 낮으면서도 대비비 특성이 우수한 고분자 분산형 액정 복합막을 얻을 수 있다.

고분자분산형 액정복합막(PDLC), 프리폴리머, 액정, 스마트 윈도우, 스크린.

Description

고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물 및 이에 의해 형성된 고분자 분산형 액정 복합막{Prepolymer composition for Polymer Dispersed Liquid Crystal}

본 발명은 고분자 분산형 액정 복합막(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)용 프리폴리머 조성물 및 이에 의해 형성된 고분자 분산형 액정 복합막에 관한 것으로, 보다 자세하게는 다관능기를 가지는 수지, 희석제, 가교제로 이루어지는 프리폴리머 조성물과, 이를 고분자 분산형 액정 복합막의 지지체로 이용함으로써 낮은 구동 전압과 높은 대비비 등 우수한 동작 특성을 구현할 수 있는 고분자 분산형 액정 복합막에 관한 것이다.

고분자 분산형 액정 표시장치인 고분자 분산형 액정 복합막은 고분자 물질의 매트릭스 내에 분산된 미세한 액정 방울들이 외부에서 인가되는 전압에 반응하여 산란 또는 투과의 형태로 정보를 표시하는 디스플레이 소자이다.

상기한 기능을 하는 고분자 분산형 액정 복합막은 종래의 액정표시소자와 비 교해서 액정 기능을 유연한 필름 내에서 발휘시킬 수 있고, 편광판을 필요로 하지 않는 광산란에 기초한 새로운 광 스위칭 모드이다. 그러므로 광 이용 효율을 비약적으로 향상시킬 뿐 아니라 대면적화가 가능해지는 등 액정만으로는 실현 불가능하였던 기능의 전개가 가능하여 신규 디스플레이 재료로서 주목받고 있다.

고분자 분산형 액정 복합막 소자 내의 액정 분자와 고분자는 상 분리를 일으켜 고분자 매트릭스 사이에 작은 액정 방울을 형성하게 되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정 방울 내의 액정 분자들이 임의의 방향으로 배열하게 되어 액정 방울의 유효 굴절률과 고분자의 굴절률 사이에 차이가 발생하고, 그 결과 입사되는 빛은 불투명하게 산란되며, 전압이 인가되면 이 액정 방울 내의 액정 분자들이 한 방향으로 정렬하여 고분자의 굴절률과 같아지게 되고, 그 결과 입사되는 빛은 시편을 투명하게 투과되는 등 고분자 분산형 액정 복합막은 전압의 유무에 따라 빛이 투과되는 상태와 산란되는 두 상태에서 디스플레이가 구동된다.

상기한 특성을 갖는 고분자 분산형 액정 복합막의 고분자 매트릭스는 일반적으로 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 등이 투입되고, UV 경화기의 UV 조사에 의해 형성된다.

그러나, 상기한 종래의 고분자 분산형 액정 복합막은 통상 광 산란 작용이 완벽하게 발휘될 수 있는 소정의 두께인 10μm 이상의 두께로 두껍게 제작되어야 하는데, 이러한 두께로 복합막이 제작되는 경우에 이 두께에 비례한 높은 구동 전압이 인가되어야 하므로 화면 소자로 사용하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 다른 한편으로, 상기한 문제점을 방지하기 위한 적절한 구동 전압의 인가를 위해 액정 표시 장치의 두께를 낮추게 되면 구동 전압은 적절하게 낮출 수 있으나, 입사된 광의 산란 효과가 떨어져 대비비가 좋지 않게 되는 등의 문제점이 있다.

따라서, 상기한 종래의 고분자 분산형 액정 복합막에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 다양한 제안이 되었는데, 예를 들어 대한민국 특허출원 제2002-0071410호의 "폴리우레탄계 전구체를 이용한 홀로그래픽 고분자분산 액정복합막"은 특정 히드록시화합물 및 이소시아네이트 화합물를 적절히 조절하여 폴리우레탄계 전구체를 제조하고, 이를 홀로그래픽 고분자분산 액정복합막에 사용하면 고분자 매트릭스의 구조를 제어함으로써 액정과의 상분리 및 상호작용을 조절하여 높은 효율과 낮은 구동전압 및 수축률이 낮은 고기능성 홀로그래픽 고분자분산 액정복합막을 제조할 수 있다는 것을 개시하고 있고, 대한민국 특허출원 제2006-0136860호의 "전폴리머 조성물 및 이를 이용한 고분자 분산 액정 복합막"은 낮은 구동 전압과 높은 대비비 등 우수한 동작 특성을 구현할 수 있는 전폴리머 조성물 및 이를 이용한 고분자 분산 액정 복합막을 제공하는 것을 목적으로 하여, "고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물로서, 다관능성 수지 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량% 및 광개시제 0.1중량%~99중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 희석제와 가교제는 1:99 내지 99:1의 조성비를 가지고, 상기 다관능성 수지는 2이상의 작용기를 가지는 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 1이상이며, 상기 가교제는 1,6-헥사디올 디아크릴레이트 및 1,6-헥산디올 디비닐 에테르로부터 선택되는 1이상이며, 상기 광개시 제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 및 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정 복합막용 전폴리머 조성물"을 개시하고 있다.

그러나, 상기한 발명들에서 개시된 고분자 분산형 액정 복합막이 낮은 구동 전압과 높은 대비비의 면에서 개선한 점은 있다 하더라도, 이러한 개선사항이 만족할 정도로 충분하지 못할 뿐 아니라 상기 발명들에서는 종래의 기술과 마찬가지로 여전히 광개시제를 필수적으로 사용하므로 원가가 상승한다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명자 등은 상기한 문제점을 해결하여, 고분자 분산형 액정 복합막에 있어 충분히 낮은 구동 전압과 높은 대비비와 같은 우수한 동작 특성을 구현할 수 있을 뿐 아니라 광개시제의 사용을 배제할 수 있는 기술에 대해 예의 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 일정한 두께를 가져 대비비가 우수한 고분자 분산형 액정 복합막을 충분히 낮은 구동 전압으로 구현하여 우수한 동작 특성을 가지며 더불어 광개시제의 사용을 배제할 수 있어 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물로 형성된 고분자 분산형 액정 복합막을 제공하기 위한 것이다.

상기 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 고분자 분산형 액정 복합막에 있어서 제시된 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 특정한 다관능기를 가지는 올리고머, 희석제 및 가교제로 이루어지는 조성물로 희석제 및 가교제를 일정 비율로 배합된 신규한 혼합비와 함께 UV경화기 대신 전자빔을 도입함으로써 광개시제를 투입하지 않고, 고분자 분산형 액정 복합막의 지지체로 이용하였을 때 대비비가 우수한 고분자 분산형 액정 복합막을 충분히 낮은 구동 전압으로 구현할 수 있는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 규명하므로 완성되었다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물은;

다관능성 올리고머 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량%를 포함하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 있어서,

상기 희석제와 가교제는 30:1 내지 99:1의 조성비를 가지고, 상기 다관능성 올리고머는 말단기가 하이드록시기가 붙어있는 2 이상의 관능기를 가지는 우레탄계 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 관능기수 1개의 모노머가 1개 이상으로 이루어지며, 상기 가교제는 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트로부터 선택되는 1개 이상이며,

전자빔을 활용하여 광개시제가 필요로 하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 희석제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 옥틸 아크릴레이트로부터 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 조성물은 전압인가 유무에 따라 빛의 산란, 투과모드로 전환됨으로써 스마트 유리로 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 의해 형성된 고분자 분산형 액정 복합막은;

다관능성 올리고머 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량%를 포함하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물과, 액정물질을 포함하여 구성되는 것으로, 상기 희석제와 가교제는 30:1 내지 99:1의 조성비를 가지고, 상기 다관능성 올리고머는 말단기가 하이드록시기가 붙어있는 2 이상의 관능기를 가지는 우레탄계 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 관능기수 1개의 모노머가 1개 이상으로 이루어지며, 상기 가교제는 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트로부터 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 복합막은 도전성 필름과 고분자 분산형 액정 복합막과의 부착력 향상을 위하여 도전성 막 위에 아크릴계 실란 커플링제가 표면처리된 필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 복합막은 도전성 필름과 고분자 분산형 액정 복합막과의 부착력 향상을 위하여 도전성막 위에 플라즈마 표면처리된 필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 복합막의 프리폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비가 1:99~99:1인 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물은 각 성분의 신규 혼합비와 함께 UV경화기 대신 전자빔을 도입함으로써 광 개시제를 사용하지 않으므로 생산비용을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 이들 조성물에 액정물질을 일정 비율로 혼합하므로 고분자 분산형 액정 복합막을 용이하게 얻을 수 있으며, 이렇게 형성된 고분자 분산형 액정 복합막은 종래의 고분자 분산형 액정 복합막과 비교하여 구동 전압이 낮으면서도 대비비 특성이 우수한 고분자 분산형 액정 복합막을 얻을 수 있다. 따라서, 종래의 고분자 분산형 액정 복합막의 특성상, 적절한 구동 전압의 인가를 위해 액정 표시 장치의 두께를 낮추게 되면 구동 전압은 적절하게 낮출 수 있으나, 광의 산란 효과가 떨어져 대비비가 좋지 않게 되는 등의 문제점을 해결할 수 있게 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.

본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물은 2 이상의 관능기를 가지는 다관능성 올리고머 0.1중량% 내지 20중량%, 희석제 0.1중량% 내지 99중량%, 가교제 0.1중량% 내지 99중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 희석제와 가교제는 30:1 내지 99:1의 조성비로 이루어진다.

본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 있어서 각 조성성분의 함량이 상기와 같은 일정 비율로 배합이 되지 아니하면, 액정 복합막의 지지체의 특성 저하로 구동 전압이 높아지고 대비비가 떨어져 디스플레이로의 구현이 어렵게 되어 바람직하지 않다. 특히, 상기 희석제와 가교제의 비율이 30:1 이하로 되어 가교제에 비하여 희석제의 함유량이 낮아지면 구동 전압이 상승하여 바람직하지 않다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에서 사용되는 희석제로는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 관능기수 1개의 모노머가 1개 이상이 될 수 있는 것이며, 상세하게는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 옥틸 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에서 사용되는 가교제로는 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트로부터 선택되는 하나 이상이 될 수 있다. 특히, 상기한 가교제를 사용하므로 가교제의 사용비율을 낮추면서 구동전압을 효과적으로 낮출 수 있어 바람직하다.

본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 있어서, 상기 다관능성 올리고머는 2 이상의 관능기를 가지는 아크릴레이트 유도체 화합물이 될 수 있으며, 상세하게는 말단기가 하이드록시기가 있는 우레탄계 아크릴레이트를 들 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에서는, UV 경화기 대신에 전자빔을 사용함으로써 종래의 조성물과 달리 광개시제의 사용을 배제할 수 있게 하였다.

본 발명의 다른 실시형태에 따른 고분자 분산형 액정 복합막은, 상기 본 발명에 따른 프리폴리머 조성물과 액정 물질을 포함하여 구성되고, 상기 프리폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비는 1:99 내지 99:1로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막에 있어서, 상기 액정 물질은 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광이 산란되고, 전기장이 인가된 상태에서는 광이 투과된다.

또한, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 복합막과 도전성 필름과의 부착력 향상을 위하여 도전성 막 위에 아크릴계 실란커플링제가 표면처리된 필름을 사용 하거나, 도전성 막 위에 플라즈마 표면처리된 필름을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 자세히 설명하지만 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아님은 물론이다.

실시예 1

희석제로 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 8.8kg과 가교제로 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 0.2kg을 혼합한 후 올리고머로는 말단기에 하이드록시기가 붙어 있는 우레탄계 올리고머(Ebecryl 8210) 1kg을 투입하여 완전한 균일 상으로 혼합하여 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실시예 2

가교제로 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA)를 사용하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실시예 3

희석제로 옥틸 아크릴레이트(OA)를 사용하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 얻었다.

비교예 1

희석제로 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 8.6kg과 가교제로 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 0.4kg을 사용하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실혐예

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻어진 프리폴리머 각각을 액정(E7, 머크사)과 3:7의 비율로 혼합하여 만든 혼합물을 하판 ITO 필름에 코팅한 후 상판 ITO 필름을 합지하고, 전자빔을 조사하여 PIPS(polymerization induced phase separation) 방법에 의해 고분자 분산형 액정 복합막을 제조하였다. 이렇게 제조된 각각의 복합막에 대한 구동 전압 특성 및 대비비를 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다.

여기서, 구동전압은 투과율이 90%에서 10%로 감소할 때의 전압의 세기이고, 이때 투과율은 아무것도 주입되지 않은 빈 셀을 통과시킨 He-Ne 레이져 빔의 세기로 실제 샘플 셀을 통과해 나온 빔의 세기를 나눈 값이다.

프리폴리머 조성물	구동전압(V/㎛)	대비비
실시예 1	3.1	20:1
실시예 2	2.7	17:1
실시예 3	3.0	19:1
비교예 1	3.5	16:1

상기 표 1의 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들에 의해 제조된 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물을 사용하여 제작된 복합막은 기존의 고분자 분산형 액정 복합막과 비교하여 구동 전압이 낮고, 또한 대비비 특성 역시 우수하였다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 고분자 분산형 액정 복합막은 스마트 윈도우, 스크린용 등으로 이용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 것으로 고분자 분산형 액정 복합막의 전압 유무에 따른 빛의 투과 및 산란 상태를 나타내는 것으로, 도 1a는 전압이 인가되지 않은 상태를 나타내고, 도 1b는 전압이 인가된 상태를 각각 나타낸다.

Claims (7)

1. 다관능성 올리고머 0.1중량%~20중량%, 희석제 0.1중량%~99중량%, 가교제 0.1중량%~99중량%를 포함하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물에 있어서,

   상기 희석제와 가교제는 중량비로 30:1 내지 99:1의 조성비를 가지고,

   상기 다관능성 올리고머는 말단기가 하이드록시기가 붙어있는 2 이상의 관능기를 가지는 우레탄계 아크릴레이트 유도체 화합물이고, 상기 희석제는 알킬계 아크릴레이트로부터 선택되는 관능기수 1개의 모노머가 1개 이상으로 이루어진 2-에틸헥실 아크릴레이트 또는 옥틸 아크릴레이트이고, 상기 가교제는 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트로부터 선택되는 1개 이상이며,

   상기 조성물은 전자빔을 활용하여 광개시제가 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 전압인가 유무에 따라 빛의 산란, 투과모드로 전환됨으로써 스마트 유리로 사용되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물.
4. 청구항 1에 따른 고분자 분산형 액정 복합막용 프리폴리머 조성물과 액정물질을 포함하여 구성되는 것임을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막.
5. 제 4항에 있어서, 상기 복합막은 도전성 필름과 고분자 분산형 액정 복합막과의 부착력 향상을 위하여 도전성 막 위에 아크릴계 실란 커플링제가 표면처리된 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막.
6. 제 4항에 있어서, 상기 복합막은 도전성 필름과 고분자 분산형 액정 복합막과의 부착력 향상을 위하여 도전성막 위에 플라즈마 표면처리된 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막.
7. 제 4항에 있어서, 상기 복합막의 프리폴리머 조성물과 액정 물질의 혼합비가 중량비로 1:99 내지 99:1인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 복합막.

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