KR101128123B1 - 광배향 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 광배향 물질은, 감광성 관능기를 소정의 반응기와 화학적 결합으로 연결하는 스페이서가 포함되는 광배향 물질에 있어서, 상기 스페이서는 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl) 중 하나의 물질이 포함되어 상기 스페이서의 유동성을 제한하도록 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, cyclobutane 형성에 의하여 이방성이 유도되는 물질을 이용할 경우 [2+2] cycloaddition 반응을 일으키는 관능기를 연결한 스페이서의 구조를 열 및 광에 의한 변화를 갖지 않는 안정성을 갖도록 설계하여 이방성 변화할 수 있는 여지를 방지함으로써, 배향막 및 상기 배향막이 구비된 액정표시장치의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Description

광배향 물질{light alignment material}
도 1은 종래의 러빙 방법에 의한 액정 배향막의 배향 공정을 나타내는 개략도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 광배향 물질의 구조를 나타내는 화학식.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 광배향 물질의 구조를 나타내는 화학식.
도 4a 내지 도 4g는 도 3에 도시된 스페이서의 실시예를 나타내는 화학식.
본 발명은 광배향 물질에 관한 것으로, 특히 광배향 물질에 구비되는 스페이서에 관한 것이다.
계산기 노트북 등의 용도에서 점차 벽걸이 TV 및 하이데피니션 TV등으로 용도가 확장됨에 따라 고화질, 고품위화 및 광시야각이 요구되고 있다.
이러한 액정 표시 소자는 일반적으로 배향막이 코팅된 두 장의 유리기판 사이에 배향된 액정으로 채워져 있으며, 외부에서 가해준 전장(electric field)에 의해 액정 분자들의 재배열(스위칭)이 일어나 원하는 화상이 형성되는데, 이 때 균일 한 휘도(brightness)와 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정을 특정한 방향으로 균일하게 배향시키는 것이 필수적이다.
현재 액정을 배향시키는 방법으로서 러빙방법(rubbing process)과 비러빙방법(non-rubbing process)인 산화규소 경사방향 증착방법, 이온빔을 이용한 액정 배향 유도법 및 광배향법 등이 알려져 있다.
도 1은 종래의 러빙 방법에 의한 액정 배향막의 배향 공정을 나타내는 개략도이다.
러빙 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(2)에 폴리이미드 등의 고분자 화합물을 프린팅 방법 등에 의해 도포하고, 이 표면을 나이론이나 폴리에스테르 레이온 섬유를 식모한 천이 감긴 러빙 드럼(7)으로 고속 회전시켜 문지름으로써 중합체의 표면에 아주 미세한 홈을 형성하는 방법이다.
러빙 공정을 거치면서 액정 분자는 배향제 표면에서 일정한 선경사각(??)을 갖고 배향되는데, 이러한 러빙방법은 공정이 간단하고 대면적화와 고속처리가 가능하여 공업적으로 널리 이용되고 있다.
그러나, 배향포와 배향막(1)의 마찰강도에 따라 배향막에 형성되는 미세홈 (microgroove)의 형태가 달라지고, 이로 인해 액정분자의 배열이 불균일하게 되어 위상왜곡(phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발생하며, 고분자 표면을 러빙함으로써 발생하는 정전기(ESD: ElectroStatic Discharge)로 인한 기판(2) 손상 및 러빙 드럼(7)에서 생성되는 미세한 먼지등에 의해 생산수율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 화소 한 개를 작은 화소로 각각 분할하여 각 분할 화소의 액정 배향 상태가 달라지게 함으로써 시야각을 넓히는 멀티도메인(multi-domain) 디스플레이를 만들고자 하는 경우, 배향막 코팅, 러빙, 포토레지스트의 코팅, 노출(exposure) 및 현상(development), 러빙, 포토레지스트의 제거 등과 같은 복잡한 리소그래피 공정(lithographic process)이 요구되므로, 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.
한편, 비러빙 방법으로서 광배향법은 감광성 고분자가 도포된 기판에 선편광 (linearly polarized)된 자외선등을 경사 또는 수직 조사하고 광이량화(Photo-dimerization)나 광이성화(Photo-isomerization)등을 유도하여, 그 결과로 표면에 이방성을 형성하는 배향 표면에 대하여 비접촉식으로 처리하는 방법이다.
이러한 광배향법의 가능성은 아조벤젠 화합물을 이용해서 밝혀졌으며(K. lchimura et al., Langmuir, 4, 1214, 1988) 그 후 폴리말레이미드(H.J.Choi et al., US Patent 6218501), 폴리올레핀(R. H. Herr et al. US. Patent 6201087) 등 여러 종류의 고분자 화합물들이 광배향 재료로서 개발되었다.
액정 배향제를 이용한 광배향법에 있어서 액정배향제는 선편광된 자외선의 편광방향에 대해 일정한 방향을 갖게 되며, 이는 사용되는 광배향 물질의 구조에 의해 결정된다. 또한 프리틸트 방향은 조사된 자외선의 입사방향에 의해, 프리틸트각은 조사에너지와 입사각에 의해 달라진다.
일반적으로 광배향 물질의 설계는 저분자형, 측쇄 고분자형, 주쇄 고분자형, 가교 고분자형 등으로 구분할 수 있으며, 각각의 구조 설계에서 감광성 관능기를 특정 반응기와 화학적 결합으로 연결하기 위해 스페이서라는 연결 그룹을 이용하고 있다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 광배향 물질의 구조를 나타내는 화학식이다.
광배향 물질을 설계하면서 제조의 편의성과 측쇄형 고분자의 경우 주쇄에 의한 steric hindrance를 방지하기 위하여 일반적으로 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 지방족 탄화수소를 이용하여 제조하였다.
이와 같이 상기 지방족 탄화수소를 이용하면 스페이서를 구성하기 위한 중간 물질을 쉽게 구할 수 있고, 제조방법 또한 간편하여 종래의 경우 일반적으로 사용하였다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이 주쇄에 의한 steric hindrance를 피할 수 있어 [2+2] cycloaddition 반응률을 높일 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 이와 같은 구조의 경우 상기 지방족 탄화수소에 의한 열적 특성이 저하되는 단점을 피할 수 없다. 즉, 주쇄의 내열성이 좋다고 하더라도 길게 연결되어 있는 지방족 탄화수소의 낮은 내열성으로 인하여 감광성 관능기에 의해 형성된 cyclobutane의 방향이 조금씩 변하게 되고, 이에 따라 이방성도 변화하게 되어 결과적으로 배향막 및 상기 배향막을 채용하는 액정표시장치의 신뢰성이 저하되는 문제가 있는 것이다.
본 발명은 광배향 물질에 의해 형성되는 배향막의 신뢰성 향상을 위해 광배향 물질에 구비되는 스페이서 구조 설계 시 지방성 탄소 사슬(aliphatic carbon chain)의 수를 프로필(propyl)기 이하로 한정하고, 카보닐(carbonyl), 아미드(amide), 페닐(phenyl), 에테르(ether), 에스테르(ester) 등의 구조로 연결하여 스페이서의 유동성을 제한함으로써, 이방성 형성에 기여한 화학적 구조의 안정성을 확보하는 광배향 물질을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 광배향 물질은, 감광성 관능기를 소정의 반응기와 화학적 결합으로 연결하는 스페이서가 포함되는 광배향 물질에 있어서, 상기 스페이서는 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl) 중 하나의 물질이 포함되어 상기 스페이서의 유동성을 제한하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 스페이서는 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl) 중 하나의 물질과 탄소수 3개 이하의 지방족 탄화수소의 조합으로 구조 설계됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 스페이서의 구조 설계 시 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl)기가 또 다른 스페이서로 페닐 또는 프로필기 이하의 지방족 탄화수소를 연결함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 광배향 물질의 구조를 나타내는 화학식이다.
본 발명은 도 2에 도시된 종래의 광배향 물질과 비교할 때. 스페이서로서 종래의 지방족 탄화수소를 사용하지 않고, 스페이서 구조 설계 시 지방성 탄소 사슬(aliphatic carbon chain)의 수를 프로필(propyl)기 이하로 한정하고, 카보닐(carbonyl), 아미드(amide), 페닐(phenyl), 에테르(ether), 에스테르(ester) 등의 구조로 연결하여 스페이서의 유동성을 제한하도록 구성됨을 특징으로 한다.
즉, [2+2] cycloaddition 반응을 일으키는 관능기를 연결한 스페이서의 구조를 열 및 광에 의한 변화를 갖지 않는 안정성을 갖도록 설계하여 이방성 변화할 수 있는 여지를 방지함으로써 신뢰성을 확보하도록 구성된다.
도 4a 내지 도 4g는 도 3에 도시된 스페이서의 실시예를 나타내는 화학식이다.
앞서 도 3a 및 도 3b에 도시된 스페이서는 감광성 관능기를 연결하는 스페이서로서 이는 각각 도 4a 내지 도 4g와 같이 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl) 등과 탄소수 2~3개 이하의 지방족 탄화수소의 조합으로 구조 설계된다.
이와 같이 본 발명에 의한 스페이서 구조를 설계하면, 상기 도 4a 내지 도 4g의 구조에서 기인하는 내열성 및 구조의 경직성에 의하여 [2+2] cycloaddition 반응에 의해 형성된 cyclobutane의 안정성이 확보되어 열 및 광에 의한 이방성의 변화를 최소화한 것으로, 이를 통해 제조되는 배향막 및 액정표시장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
일반적으로 지방성 사슬(aliphatic chain)로만 스페이서가 구성될 경우 이는 매우 유동적(flexible)이므로 열에 의해 쉽게 사슬 콘포메이션(chain conformation)의 변화가 발생되고, 이로 인하여 사슬의 끝단에 결합되어 있는 [2+2] cycloaddition 반응 생성물인 cyclobutane이 위치해 있는 입체적 좌표가 변동되어 이방성이 감소되는 원인이 된다.
이를 극복하기 위해 본 발명은 종래의 광배향 물질과 비교할 때. 스페이서로서 종래의 지방족 탄화수소를 사용하지 않고, 스페이서 구조 설계 시 지방성 탄소 사슬(aliphatic carbon chain)의 수를 프로필(propyl)기 이하로 한정하고, 카보닐(carbonyl), 아미드(amide), 페닐(phenyl), 에테르(ether), 에스테르(ester) 등의 구조로 연결하여 스페이서의 유동성을 제한하도록 구성됨을 특징으로 한다.
즉, [2+2] cycloaddition 반응을 일으키는 관능기를 연결한 스페이서의 구조를 열 및 광에 의한 변화를 갖지 않는 안정성을 갖도록 설계하여 이방성 변화할 수 있는 여지를 방지함으로써 신뢰성을 확보하도록 구성된다.
본 발명의 실시예의 경우 이와 같은 지방족 탄화수소 연결 사슬이 없는 것이 가장 바람직하지만, 물질의 구조적 특성에 따라 0~3개의 지방족 탄화수소 사슬까지 허용할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, cyclobutane 형성에 의하여 이방성이 유도되는 물질을 이용할 경우 [2+2] cycloaddition 반응을 일으키는 관능기를 연결한 스페이서의 구조를 열 및 광에 의한 변화를 갖지 않는 안정성을 갖도록 설계하여 이방성 변화할 수 있는 여지를 방지함으로써, 배향막 및 상기 배향막이 구비된 액정표시장치의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 감광성 관능기를 소정의 반응기와 화학적 결합으로 연결하는 스페이서가 포함되는 광배향 물질에 있어서,
    상기 스페이서는 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl) 중 하나의 물질과 탄소수 3개 이하의 지방족 탄화수소의 조합으로 구조 설계되어 상기 스페이서의 유동성을 제한하고,
    상기 스페이서의 구조 설계 시 카보닐(carbonyl), 에스테르(ester), 아미드(amide), 에테르(ether), 디오에스테르(thioester), 서프옥사이드(sulfoxide), 페닐(phenyl)기가 또 다른 스페이서로 페닐 또는 프로필기 이하의 지방족 탄화수소를 연결하고,
    상기 지방족 탄화수소의 사슬의 끝단에 2+2 cycloaddition 반응을 일으키는 감광성 관능기가 결합되는 것을 특징으로 하는 광배향 물질.
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