KR101607730B1 - 배향막용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 배향막용 조성물, 배향막, 액정 필름, 액정 필름의 제조방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 출원에서는 배향막용 조성물의 성분 및 성분 비율을 조절하여 액정층의 평균 경사각을 조절할 수 있는 배향막을 제공할 수 있고, 액정층의 액정 분자의 배향이 매우 안정적인 액정 필름을 제공할 수 있다.

Description

배향막용 조성물{Composition for alignment layer}
본 출원은 배향막용 조성물, 배향막, 액정 필름, 액정 필름의 제조방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display) 또는 PDP(Plasma Display Panel) 등을 보다 얇고, 가벼우며, 대면적으로 제조하는 것은 지속적으로 존재하는 요구이며, 또한 보다 고품질의 화상을 구현하기 위해 화면 균일화, 콘트라스트비 및 시야각 등을 향상시키고자 하는 연구도 진행되고 있다.
위상차 필름 또는 시야각 보상 필름 등을 포함하는 광학 필름은 디스플레이 장치의 색상의 변화를 줄이고, 시야각을 확보하며, 휘도를 향상시키는 용도 등에 사용될 수 있다.
이러한 광학 필름에는 고분자 필름을 연신하여 광학 이방성을 부여한 연신 필름이 알려져 있고, 중합성 액정 화합물을 경화시켜 제조되는 액정 필름의 광학 이방성을 이용하는 방식도 알려져 있다.
액정 분자는, 형태에 따라서 봉상 액정과 원반상 액정으로 나누어질 수 있다. 봉상 액정은 수평(homogeneous), 수직(homeotropic), 틸트(tilted), 스플레이(splay) 또는 콜레스테릭(cholesteric) 등을 포함한 다양한 배향 형태가 존재하므로, 연신 필름에서는 얻을 수 없는 광학 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 연신 필름에 중합성 액정 화합물을 도포하여 다양한 액정 배향 특성을 부여하면, 보다 다양한 물성의 확보가 가능하다.
또한, 디스플레이 장치는, 액정 패널 내의 액정 분자 배열에 따라, TN(twisted nematic) 모드, STN(super twisted nematic) 모드, VA(vertical alignment)모드 또는 IPS(in-plane switching) 모드 등의 다양한 모드로 구별된다. 상기 각각의 액정 패널들은 각각 고유한 액정 배열을 가지고, 그에 따라 광학 이방성도 차이가 난다. 따라서, 액정 패널의 광학 이방성을 보상하기 위해서는, 액정 패널의 종류에 따라서 최적화된 광학 물성을 가지는 필름이 개발될 필요가 있다.
본 출원은 배향막용 조성물, 배향막, 액정 필름, 액정 필름의 제조방법 및 디스플레이 장치를 제공한다.
본 출원의 하나의 구현예는 광배향성 물질 및 중합성 액정 화합물을 포함하는 배향막용 조성물을 제공한다. 용어 배향막용 조성물은 배향막을 형성하기 위해 사용되는 조성물을 의미한다. 예를 들어, 상기 조성물 또는 그 조성물을 사용하여 제조한 코팅액을 코팅하는 방식으로 배향막을 형성할 수 있다. 상기 배향막은 적절한 처리, 예를 들면, 광의 조사를 통해 액정을 배향시킬 수 있는 특성을 나타내는 배향막을 의미할 수 있다.
배향막용 조성물은 광배향성 물질을 포함할 수 있다. 용어 광배향성 물질은, 광의 조사 등을 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬된 상태에서 이방성 상호 작용(anisotropic interaction) 등의 상호 작용을 통하여 인접하는 액정을 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미한다. 이러한 광배향성 물질은, 후술하는 배향막 내에서 방향성을 가지도록 정렬된 상태로 존재할 수 있다. 광배향성 물질은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
광배향성 물질은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 물질은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 물질로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π-전자 시스템([4+2] π-electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 물질은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 광배향성 물질과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 광배향성 물질로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 물질로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 물질과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 광배향성 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013008264233-pat00001
상기 화학식 1에서, k은 50 내지 5,000의 수이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기 또는 하기 화학식 2로 표시되는 잔기이되, R3 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되는 잔기이다.
[화학식 2]
Figure 112013008264233-pat00002
상기 화학식 2에서 R5는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기 또는 알릴옥시기를 나타내고, t는 벤젠 고리에 존재하는 R5의 수로서 1 내지 5의 수를 나타낸다.
본 명세서에서 용어 할로겐에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 포함될 수 있다.
또한, 용어 알킬기에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8, 탄소수 1 내지 4, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬기가 예시될 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄상, 분지쇄상 또는 고리형일 수 있다. 이러한 알킬기로는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 사이클로헥실기, 헥실기, 옥틸기, 노닐기 또는 데실기 등이 예시될 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 용어 알콕시기에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8, 탄소수 1 내지 4, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알콕시기가 예시될 수 있다. 상기 알콕시기는 직쇄상, 분지쇄상 또는 고리형일 수 있다. 이러한 알콕시기로는, 예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, 부톡시기, 이소부톡시기 또는 tert-부톡시기 등이 예시될 수 있다. 또한 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
상기 화학식 2에서 부호 *은 그 부위가 화학식 1의 구조에 연결되어 있는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 화학식 1의 k는 50 내지 3,000 또는 50 내지 1,500의 수일 수 있다. 또한, 화학식 1에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 상기 화학식 2로 표시되는 잔기이되, 적어도 하나는 상기 화학식 2로 표시되는 잔기일 수 있다. 또한, 다른 예시에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 상기 화학식 2로 표시되는 잔기이되, 적어도 하나는 상기 화학식 2로 표시되는 잔기일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 화학식 2의 R5는 수소, 할로겐, 알릴옥시 또는 알콕시기일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 화학식 2의 R5는 수소, 염소, 브롬, 알릴옥시 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 화학식 1의 단위를 포함하는 광배향성 물질은 하기 화학식 3 내지 8로 표시되는 단위 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 3]
Figure 112013008264233-pat00003
[화학식 4]
Figure 112013008264233-pat00004
[화학식 5]
Figure 112013008264233-pat00005
[화학식 6]
Figure 112013008264233-pat00006
[화학식 7]
Figure 112013008264233-pat00007
[화학식 8]
Figure 112013008264233-pat00008
상기 화학식 3 내지 화학식 8에서, k는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
광배향성 물질이 고분자성 화합물인 경우에 상기 물질은, 예를 들면, 약 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 정도의 중량평균분자량을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 용어 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치를 의미할 수 있고, 특별하게 달리 규정하지 않는 한, 분자량은 중량평균분자량을 의미할 수 있다.
배향막용 조성물은 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 용어 중합성 액정 화합물은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 중합성 액정 화합물의 중합성 관능기는 상기 광배향성 물질과 반응할 수 있는 관능기일 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들면, 상기 관능기를 1개, 2개, 3개 또는 4개 이상 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 중합성 액정 화합물은 상기 관능기를 1개, 2개 또는 3개 포함할 수 있다. 또한, 상기 관능기는 후술하는 액정층의 액정 분자 또는 액정 분자를 형성하기 위한 전구체와도 반응성을 가질 수 있다.
중합성 액정 화합물은, 예를 들면, 배향막을 형성하기 위하여 배향막용 조성물에 광을 조사하거나, 또는 후술하는 액정층을 형성하기 위하여 광을 조사하는 과정에서 배향막용 조성물 내의 광배향성 물질이 액정 배향성을 나타내기 위하여 수행하는 반응, 예를 들면, 광가교 또는 광중합 반응과는 별도의 추가적인 반응을 유도할 수 있다. 이러한 추가적인 반응에는 광배향성 물질과 중합성 액정 화합물 간의 가교 반응; 배향막 상에 형성될 수 있는 액정층의 액정 분자와 중합성 액정 화합물간의 가교 반응; 또는 상기 액정 분자와 광배향성 물질 간의 가교 반응 등이 포함될 수 있다. 본 명세서에서, 용어 액정 배향성은 배향막 또는 광배향성 물질 또는 상기 물질의 반응물이 인접하는 액정 분자, 액정 화합물 또는 그 전구체를 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 성질을 의미할 수 있다.
상기에서 중합성 액정 화합물의 관능기로는, 예를 들면, 자유 라디칼 반응에 의해 광배향성 물질과 가교될 수 있는 것으로서, 에틸렌성 불포화 이중 결합을 포함하는 관능기가 예시될 수 있다.
상기 관능기의 예로는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카르복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등을 들 수 있다. 하나의 예시에서 중합성 액정 화합물은 비닐기, 알릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 및 메타크릴로일옥시기 중 일종 또는 이종 이상의 관능기를 포함할 수 있다.
상기 중합성 액정 화합물의 성분 및/또는 중합성 액정 화합물과 광배향성 물질의 조성물 내에서의 중량 비율을 조절하면, 액정의 평균 경사각(average tilt angle)을 제어할 수 있는 배향막을 제공할 수 있다.
하나의 예시에서 중합성 액정 화합물로는 수직 배향 액정 화합물 또는 수평 배향 액정 화합물을 포함할 수 있다. 용어 수직 배향 액정 화합물은, 액정층을 형성하면, 액정 화합물에 의해 형성되는 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 65도 내지 약 115도, 약 75도 내지 약 105도, 약 80도 내지 약 100도, 약 85도 내지 약 95도 또는 약 90도의 경사각을 이루도록 할 수 있는 액정 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 용어 수평 배향 액정 화합물은, 액정층을 형성하면, 액정 화합물에 의해 형성되는 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 이루도록 할 수 있는 액정 화합물을 의미할 수 있다. 용어 광축은, 빛이 해당 영역을 투과할 때의 지상축 또는 진상축을 의미할 수 있고, 일반적으로는 지상축을 의미할 수 있다.
상기에서 배향막용 조성물은 수직 및/또는 수평 배향 액정 화합물을 포함하여 액정층의 액정 분자를 안정적으로 배향시킬 수 있는 배향막을 제공할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 배향막용 조성물은 스플레이 배향된 액정층을 형성하기 위한 조성물일 수 있다. 구체적으로, 배향막용 조성물에 포함되는 수직 및/또는 수평 배향 액정 화합물의 중량 비율을 제어하여 상기 액정 분자의 프리틸트각, 평균 경사각 또는 최대 경사각을 제어할 수 있는 배향막을 제공할 수 있다.
용어 액정 분자의 경사각은, 배향된 액정 분자 중 하나가 액정층의 평면과 이루는 각을 의미하고, 용어 프리틸트각은 액정층 내의 액정 분자의 경사각 중 가장 작은 경사각을 의미하며, 용어 최대 경사각은 액정층 내의 액정 분자의 경사각 중 가장 큰 경사각을 의미하고, 용어 평균 경사각은 전체 액정 분자의 경사각 또는 전체 액정 분자의 배열을 평균치로 환산하였을 경우의 각도를 의미할 수 있다. 또한, 상기 경사각은, 위상차를 측정할 수 있는 기기인 Axometrics사의 Axoscan을 이용해서 제조사의 매뉴얼에 따라서 각도별 위상차 값을 측정한 후, 측정된 위상차 값으로부터 계산하여 구할 수 있다.
중합성 액정 화합물은 광배향성 물질 100 중량부 대비 5 내지 90 중량부, 5 내지 80 중량부, 5 내지 70 중량부, 5 내지 60 중량부, 5 내지 50 중량부, 5 내지 40 중량부, 5 내지 30 중량부, 5 내지 20 중량부, 5 내지 15 중량부, 7 내지 30 중량부, 10 내지 20 중량부 또는 10 내지 15 중량부의 비율로 혼합물에 포함될 수 있다. 이러한 중량 범위에서 배향막용 조성물은 액정을 안정적으로 스플레이 배향시킬 수 있는 배향막을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기와 같은 범위에서 중합성 액정 화합물로 수평 배향 액정 화합물을 사용하는 경우 액정의 프리틸트각을 작게 제어할 수 있는 배향막을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 배향막을 이용하는 경우 평균 경사각이 작은 스플레이 배향된 액정층을 제공할 수 있다. 또한, 상기와 같은 범위에서 중합성 액정 화합물로 수직 배향 액정 화합물을 사용하는 경우 액정의 프리틸트각을 크게 제어할 수 있는 배향막을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 배향막을 이용하는 경우 평균 경사각이 큰 스플레이 배향된 액정층을 제공할 수 있다. 즉, 상기 범위에서 중합성 액정 화합물을 사용하는 경우 액정의 프리틸트각 및 평균 경사각을 정교하게 제어할 수 있는 배향막을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 배향막용 조성물은, 예를 들면, TN 방식의 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치의 보상 필름에 유용한 배향막을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 「중량부」는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
수직 또는 수평 배향 액정 화합물은 당 업계에서 주로 사용되는 중합성 액정 화합물을 제한 없이 사용하는 것이 가능하다.
하나의 예시에서 중합성 액정 화합물은 하기 화학식 9로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 9]
Figure 112013008264233-pat00009
상기 화학식 9에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R20은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -U-Q-P 또는 하기 화학식 10의 치환기이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R16 내지 R20 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R20 중 적어도 하나는 -U-Q-P 또는 하기 화학식 10의 치환기이거나, R11 내지 R16 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R16 내지 R20 중 인접하는 2개의 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
[화학식 10]
Figure 112013008264233-pat00010
상기 화학식 10에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R21 내지 R25는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 시아노기, 니트로기 또는 -U-Q-P이되, R21 내지 R25 중 적어도 하나는 -U-Q-P이고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
상기 화학식 10에서, 부호 「
Figure 112013008264233-pat00011
」는, 그 부위가 모 화합물(mother compound)에 연결되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 10에서 B의 좌측의 「
Figure 112013008264233-pat00012
」는, B가 화학식 9의 벤젠에 직접 연결되는 것을 의미할 수 있다.
용어 「단일 결합」은, 해당 부위에 별도의 원자 또는 원자단이 존재하지 않는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 9 및 10에서 용어 「단일 결합」은, A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 9에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기로는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8, 탄소수 1 내지 4, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기가 예시될 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄상, 분지쇄상 또는 고리형일 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
용어 알케닐기에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8, 탄소수 2 내지 4, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알케닐기가 예시될 수 있다. 상기 알케닐기는 직쇄상, 분지쇄상 또는 고리형일 수 있다. 이러한 알케닐기로는, 예를 들면, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기, 헥세닐기, 시클로헥세닐기 또는 옥테닐기 등이 예시될 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 임의의 화합물 또는 치환기에 치환될 수 있는 치환기로는, 할로겐, 히드록시기, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 이소시아네이트기, 머캅토기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 아릴기는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 고리를 가지거나, 2개 이상의 벤젠 고리가 축합된 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 또한, 소위 아르알킬기(aralkyl group) 등을 포함하는 개념일 수 있다. 아릴기에는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 22 또는 탄소수 6 내지 16의 아릴기가 포함될 수 있다. 이러한 아릴기로는, 예를 들면, 페닐기, 페닐에틸기, 페닐프로필기, 벤질기, 톨릴기, 크실릴기(xylyl group) 또는 나프틸기 등이 예시될 수 있다. 상기 아릴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 화학식 9 및 10의 P는 각각 독립적으로, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 화학식 9 및 10의 P는 각각 독립적으로, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있다.
상기 화학식 9 및 10에서 적어도 하나 이상 존재할 수 있는 -U-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R13, R18 또는 R23의 위치에 존재할 수 있고, 예를 들면, 상기는 1개 또는 2개가 존재할 수 있다. 또한, 상기 화학식 9의 화합물 또는 화학식 10의 잔기에서 -U-Q-P 또는 화학식 10의 잔기 이외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 사이클로알킬기, 시아노기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기 또는 니트로기일 수 있다. 다른 예시에서 상기 -U-Q-P 또는 화학식 10의 잔기 이외의 치환기는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기 또는 시아노기일 수 있다.
하나의 예시에서 수평 배향 액정 화합물로는, 예를 들면, 양 말단에서의 극성 차이가 적거나 동일한 화합물을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 수평 배향 액정 화합물로는 상기 화학식 9에서 R17 내지 R19 중 어느 하나 및 R12 내지 R14 중 어느 하나에 극성 차이가 적거나 또는 동일한 관능기를 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, R17 내지 R19 중 어느 하나 및 R12 내지 R14 중 어느 하나는 -U-Q-P 또는 화학식 10의 치환기이거나; R17 내지 R19 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 및 R12 내지 R14 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하는 화합물일 수 있다.
상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있다.
또한, 수평 배향 액정 화합물로 화학식 9의 R17 내지 R19 중 어느 하나 및 R12 내지 R14 중 어느 하나가 상기와 같이 선택된 경우 그 외의 치환기는 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기일 수 있다. 그러나, 수평 배향 액정 화합물은 이에 한정되는 것은 아니고 배향막용 조성물의 용도에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
또한, 수직 배향 액정 화합물로는, 예를 들면, 액정 화합물의 양 말단의 극성이 다른 화합물을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 수직 배향 액정 화합물로는, 화학식 9에서 R17 내지 R19 중 어느 하나가 -U-Q-P 또는 화학식 10의 치환기이거나; R17 내지 R19 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하는 화합물일 수 있다.
상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있다.
또한, 수직 배향 액정 화합물로 화학식 9의 R17 내지 R19 중 어느 하나가 상기와 같이 선택된 경우 그 외 치환기는 수소 또는 알킬기일 수 있다. 그러나, 수직 배향 액정 화합물은 이에 한정되는 것은 아니고, 양 말단의 극성이 상이한 액정 화합물이라면 제한 없이 사용하는 것이 가능하다.
배향막용 조성물은 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 라디칼 개시제로는 당 업계에 잘 알려져 있는 자유 라디칼 개시제를 사용할 수 있다. 자유 라디칼 광개시제는, 예를 들어, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-몰포리닐)-1-프로판온 및 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-몰포리닐)페닐]-1-부타논 등과 같은 아미노 케톤; 벤조인 메틸 에테르 및 벤조인 아이소프로필 에테르 등과 같은 벤조인 에테르; 아니소인 메틸 에테르 등과 같은 치환된 벤조인 에테르; 2,2-다이에톡시아세토페논 및 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논 등과 같은 치환된 아세토페논; 2-메틸-2-하이드록시프로피오페논 등과 같은 치환된 알파-케톨; 비스(2, 4, 6-트라이메틸벤조일)페닐 포스핀 옥사이드 등과 같은 방향족 포스핀 옥사이드; 2-나프탈렌-설포닐 클로라이드 등과 같은 방향족 설포닐 클로라이드; 및 1-페닐-1,2-프로판다이온-2(O-에톡시카르보닐)옥심 등과 같은 광활성 옥심; 등과 그 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
유용한 열적 자유 라디칼 개시제는, 예를 들어, 2,2'-아조-비스(아이소부티로니트릴), 다이메틸 2,2'-아조-비스(아이소부티레이트), 아조-비스(다이페닐 메탄) 및 4, 4'-아조-비스(4-시아노펜탄산) 등과 같은 아조 화합물; 과산화수소, 벤조일 퍼옥사이드, 쿠밀 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, 글루타르산 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드 및 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 등과 같은 과산화물; tert-부틸 하이드로퍼옥사이드 및 쿠멘 하이드로퍼옥사이드 등과 같은 하이드로과산화물; 과아세트산, 과벤조산, 과황산칼륨 및 과황산암모늄 등과 같은 과산; 다이아이소프로필 퍼카르보네이트 등과 같은 퍼에스테르; 열적 산화환원(redox) 개시제 등; 등과 그 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 자유 라디칼 개시제로는 일반적인 사용 및 동시 개시의 용이성, 무용매 처리 가능성 및 보관 안정성 등을 고려하여 자유 라디칼 광개시제를 사용할 수 있다. 상기와 같은 이유에서 자유 라디칼 광개시제로는, 예를 들면, 아미노 케톤, 치환된 아세토페논, 방향족 포스핀 옥사이드 및 그 혼합물로부터 선택되는 자유 라디칼 광개시제를 사용할 수 있다.
상기 양이온 개시제도 당 업계에 알려져 있는 개시제를 사용할 수 있다. 유용한 양이온 광개시제는 임의의 다양한 공지된 유용한 물질, 예를 들어 오늄 염, 및 특정 유기금속 착물 등과 그 혼합물을 포함한다. 유용한 오늄 염은 구조식 AX를 갖는 것을 포함하며, 여기서, A는 유기 양이온 (예를 들어, 다이아조늄, 요오도늄 및 설포늄 양이온으로부터 선택되며; 구체적으로 다이페닐요오도늄, 트라이페닐설포늄, 및 페닐티오페닐 다이페닐설포늄으로부터 선택될 수 있음)이며, X는 음이온 (예를 들어, 유기 설포네이트 또는 할로겐화 금속 또는 준금속)이다. 특히 유용한 오늄 염은 아릴 다이아조늄 염, 다이아릴 요오도늄 염 및 트라이아릴 설포늄 염을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유용한 양이온 열개시제는 이미다졸 및 초강산의 4차 암모늄 염 (예를 들어, SbF6의 4차 암모늄 염) 등과 그 혼합물을 포함한다. 하나의 예시에서 양이온 개시제로는 일반적인 사용 및 동시 개시의 용이성, 무용매 처리를 가능하게 하는 것 및 보관 안정성을 고려하여 양이온 광개시제를 사용할 수 있다. 그 중, 상기와 같은 이유에서 오늄 염 및 그 혼합물로부터 선택되는 양이온 광개시제를 사용할 수 있다.
라디칼 개시제 또는 양이온 개시제의 구체적인 비율은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라서 적절한 비율이 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 개시제는, 액정 화합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 개시제의 비율이 지나치게 낮으면, 적절한 중합이 유도되지 않을 수 있고, 반대로 지나치게 높으면, 배향막의 형성 후에 잔존 개시제로 인해 물성이 악화될 수 있으므로, 이를 고려하여 적절한 비율이 선택될 수 있다.
상기 배향막용 조성물은 상기 기술한 성분 외에도 필요에 따라서 이 분야에서 공지된 임의의 첨가제를 적절하게 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 다른 구현예는 배향막용 조성물을 포함하는 층인 배향막을 제공한다. 하나의 예시에서 배향막용 조성물은, 전술한 조성물일 수 있다.
상기 반응물은, 상기 광배향성 물질 간의 반응물을 포함하고, 추가로 광배향성 물질과 중합성 액정 화합물의 가교 반응물 또는 중합성 액정 화합물간의 가교 반응물을 포함할 수 있다. 상기에서 광배향성 물질 간의 반응물에는, 광배향성 물질이 직접 가교된 반응물은 물론 광배향성 물질이 중합성 액정 화합물에 의해 가교된 반응물이 포함될 수 있다.
상기와 같은 형태의 반응물을 포함함으로써, 배향막은 우수한 내구성을 나타낼 수 있다. 상기와 같은 반응물은, 배향막용 조성물 내에 전술한 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제를 배합함으로써 형성할 수 있다.
배향막용 조성물을 이용하여 배향막을 형성하는 것은 당 업계에 알려진 방법을 통하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 기재에 배향막용 조성물을 도포하고, 반응시켜 배향막을 형성할 수 있다.
상기 배향막용 조성물은 코팅성을 위하여 필요에 따라 적절한 용매 내에서 균일하게 혼합하여 제조할 수 있다. 용매로는, 예를 들면, 통상적인 유기 용매를 사용할 수 있고, 이러한 용매로는, 에테르 용매, 방향족 용매, 할로겐 용매, 올레핀 용매 또는 케톤 용매 등의 1종 또는 2종 이상이 예시될 수 있다. 상기 용매로는, 예를 들면, 사이클로펜타논, 사이클로 헥사논, 클로로벤젠, N-메틸피롤리돈, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 시멘, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 감마부티로락톤 또는 테트라히드로푸란 등이 예시될 수 있다.
상기 배향막용 조성물을 기재에 도포하는 방법으로는, 통상적인 방식, 예를 들면, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 등이 사용될 수 있다. 상기 조성물은, 예를 들면, 약 800 Å 내지 약 5,000 Å의 두께로 도포될 수 있다.
상기 도포에 이어서, 도포된 조성물을 적절한 조건에서 건조시킨 후에, 광을 조사하여 배향막을 형성할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 건조는 도포된 조성물을 약 25℃ 내지 150℃ 정도의 온도에서 약 30초 또는 그 이상 정도 유지하여 수행할 수 있다. 건조 온도가 25℃ 이상이면, 도포층의 잔존 용매 등이 충분히 건조되어, 얼룩 등이 방지되고, 배향 성능이 적절하게 유지할 수 있다. 또한, 건조 온도가 150℃ 이하이면, 기재가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
건조 공정에 이어서, 광의 조사, 예를 들면, 직선 편광된 자외선을 조사하여 배향막을 형성할 수 있다. 상기 광은 예를 들면, 0.5초 이상 조사될 수 있다. 상기 광의 조사에 의하여, 광배향성 물질이 예를 들면 광가교 또는 광중합 반응에 의해 배향되고, 또한 전술한 다양한 가교 반응이 유도될 수 있다. 상기에서 직선 편광된 자외선의 조사는, 예를 들면, 와이어 그리드 편광판 등을 사용하여 수행될 수 있다. 이 과정에서 자외선의 편광 방향을 조절하여, 배향막의 배향 방향을 조절할 수 있다.
상기 배향막은 상기 기술한 방법 외에도 당 업계에서 사용되는 방법을 이용하여 전술한 배향막용 조성물로부터 형성될 수 있다.
본 출원의 또 다른 하나의 구현예는 배향막; 및 상기 배향막 상에 존재하는 액정층을 포함하는 액정 필름을 제공한다. 하나의 예시에서 배향막은 전술한 배향막일 수 있다.
상기 액정층은, 예를 들면, 배향된 액정 분자를 포함할 수 있다. 용어 액정 분자는, 중합성 액정 화합물이 배향 및 중합된 상태의 중합물을 의미할 수 있다.
상기 중합성 액정 화합물로는 당 업계에 알려진 모든 액정 화합물이 사용 가능하다. 따라서, 상기 중합성 액정 화합물로는, 상기 배향막용 조성물에 배합될 수 있는 중합성 액정 화합물을 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 중합성 액정 화합물의 예로는, 시아노 비페닐 아크릴레이트, 시아노 페닐 사이클로헥산 아크릴레이트, 시아노 페닐 에스테르 아크릴레이트, 안식향산 페닐 에스테르 아크릴레이트 또는 페닐 피리미딘 아크릴레이트 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 목적하는 액정 필름의 용도에 따라 당 업계에 알려진 다양한 액정 화합물을 사용할 수 있다.
상기 액정 분자는, 예를 들면, 수평(homogeneous), 수직(homeotropic), 틸트(tilted), 스플레이(splay) 또는 콜레스테릭(cholesteric) 배향된 액정 분자일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 액정 분자는 스플레이 배향된 액정 분자일 수 있다. 스플레이 배향된 액정 분자는, 예를 들면, 평균 경사각이 5° 내지 89°일 수 있다. 상기 경사각은 배향막용 조성물 내에서 중합성 액정 화합물의 성분 및/또는 중합성 액정 화합물의 광배향성 물질에 대한 비율을 조절하여 제어할 수 있다.
하나의 예시에서 배향막을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 중합성 액정 화합물로 수평 배향 액정 화합물을 사용한 경우 액정층의 프리틸트각은 1° 내지 5°로 제어할 수 있다. 또한, 상기의 경우 액정층의 최대 경사각은 55° 내지 80° 또는 60° 내지 75°로 제어할 수 있다. 이에 따라 액정층의 평균 경사각을 작게 제어한 스플레이 배향된 액정층을 형성할 수 있다.
또한, 다른 예시에서 배향막을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 중합성 액정 화합물로 수직 배향 액정 화합물을 사용한 경우 액정층의 프리틸트각은 15° 내지 30° 또는 15° 내지 25° 정도로 제어할 수 있다. 또한, 상기의 경우 액정층의 최대 경사각은 85° 내지 100° 또는 85° 내지 95° 정도로 제어될 수 있다. 이에 따라 액정층의 평균 경사각을 크게 제어한 스플레이 배향된 액정층을 형성할 수 있다.
상기 액정 필름은 기재를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 상기 배향막은 상기 기재상에 존재할 수 있다.
기재로는 다양한 종류가 사용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 기재는, 광학적 등방성 기재, 위상 지연 특성을 나타내는 위상지연층(retardation layer) 등과 같이 광학적 이방성 기재 또는 편광 소자 등이 사용될 수 있다.
광학적 등방성 기재로는, 유리 또는 투명 플라스틱 기재 등과 같은 투명 기재가 사용될 수 있다. 플라스틱 기재로는, DAC(diacetyl cellulose) 또는 TAC(triacetyl cellulose) 기재와 같은 셀룰로오스 기재; 노르보르넨 유도체 수지 기재 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기재; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기재 등의 아크릴 기재; PC(polycarbonate) 기재; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 기재 등과 같은 올레핀 기재; PVA(polyvinyl alcohol) 기재; PES(poly ether sulfone) 기재; PEEK(polyetheretherketone) 기재; PEI(polyetherimide) 기재; PEN(polyethylenenaphthalate) 기재; PET(polyethyleneterephthalate) 기재 등과 같은 폴리에스테르 기재; PI(polyimide) 기재; PSF(polysulfone) 기재; PAR(polyarylate) 기재 또는 플루오르수지 기재 등이 예시될 수 있다. 상기 기재는 예를 들면, 시트 또는 필름 형상일 수 있다.
광학적 이방성 기재, 예를 들면, 위상 지연층으로는, 예를 들면, 1/4 파장층 또는 1/2 파장층 등이 사용될 수 있다. 용어 n 파장층은, 상기 파장층으로 입사되는 광을 그 파장의 n배만큼 위상 지연시킬 수 있는 위상 지연 소자를 의미할 수 있다. 이러한 위상 지연층은, 중합성 액정 화합물을 배향 및 중합시켜서 형성된 액정 고분자층이거나, 연신 또는 수축 공정 등에 의하여 복굴절성을 부여한 플라스틱 필름 또는 시트일 수 있다.
편광 소자로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상적인 소자가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 편광 소자는, 폴리비닐알코올 수지에 이색성 색소 등을 흡착 및 배향시켜서 제조되는 소자가 사용될 수 있다.
상기 기재에는, 필요에 따라서 저반사 처리, 반사 방지 처리, 눈부심 방지 처리 및/또는 고해상도 방현 처리 등과 같은 다양한 표면 처리가 수행되어 있을 수 있다.
상기 액정 필름은, 예를 들면, 디스플레이 장치용 위상차 필름 또는 시야각 보상 필름이나, 편광자의 보호 필름 등으로 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 액정 필름은 TN 방식의 액정 패널을 가지는 디스플레이 장치에서 보상 필름으로 사용될 수 있다. 상기 액정 필름 또는 액정층은, 광학 이방성을 가지는 것으로서, 면 방향 위상차(Rin)가 20 nm 내지 200 nm, 20 nm 내지 180 nm 또는 30 nm 내지 150 nm일 수 있다. 상기 면 방향 위상차는 하기 수식 1로 계산되는 수치를 의미한다.
[수식 1]
Rin = (X-Y)×D
상기 수식 1에서 X는 상기 액정 필름 또는 액정층의 면 내 지상축(slow axis) 방향의 굴절률로서, 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, Y는 상기 액정 필름 또는 액정층의 면 내 진상축(fast axis) 방향의 굴절률로서, 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, D는 상기 액정 필름 또는 액정층의 두께이다.
상기 액정 필름은 상기 기술한 구성 외에도 당 업계에서 통상적으로 포함하는 임의의 성분 또는 층을 포함할 수 있다.
본 출원은 또 다른 구현예는 액정 필름의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 배향막에 액정 조성물을 포함하는 코팅액을 도포하고, 상기 액정 조성물의 액정 화합물을 배향시켜 액정층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 배향막은, 예를 들면, 전술한 배향막일 수 있다.
상기 액정층의 형성하는 것에서 액정 조성물을 포함하는 코팅액은, 예를 들면, 액정 조성물을 적절한 용매에 용해시켜 제조할 수 있다. 하나의 예시에서 코팅액은 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물과 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제를 용매에 용해시켜서 제조할 수 있다. 코팅액 내에서 중합성 액정 화합물은, 예를 들면, 전체 코팅액 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 70 중량부 또는 5 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 중합성 액정 화합물의 비율이 5 중량부 이상이면, 얼룩의 발생을 방지할 수 있고, 70 중량부 이하에서, 중합성 액정 화합물의 석출을 방지할 수 있다.
코팅액에 포함되는 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제의 함량은 중합성 액정 화합물 100 중량부 대비 3 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제의 중량 비율이 3 중량부 이상이면, 광의 조사 시에 충분한 경화를 유도할 수 있고, 10 중량부 이하이면, 액정 분자의 배향을 적절하게 유도할 수 있다.
상기 코팅액에는 상기 성분 외에도 액정 분자의 배향을 방해하지 않는 범위에서 카이럴제, 계면 활성제, 중합성 모노머 및 폴리머 등이 추가로 배합될 수 있다.
상기 코팅액의 제조 시에는 예를 들면 클로로포름, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 시멘, 메톡시 벤젠 및 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 또는 시클로펜타논 등의 케톤; 이소프로필 알코올 또는 n-부탄올 등의 알코올; 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브 또는 부틸 셀로솔브 등의 셀로솔브 등의 용매가 사용될 수 있다.
배향막 상에 상기 코팅액을 도포하고, 건조시킨 후에 배향 및 중합시킬 수 있다. 건조는 약 25℃ 내지 120℃의 온도에서 1분 이상 수행할 수 있다. 건조 온도는 액정의 배향에 영향을 미칠 수 있는 인자이고, 상기 범위에서 액정 화합물의 적정한 배향을 유도하고, 얼룩 등을 방지할 수 있다.
액정 화합물의 배향은 액정층의 하부에 존재하는 배향막에 따라 결정될 수 있다. 즉, 배향막의 액정 배향성에 따라 액정 화합물이, 예를 들면, 수평(homogeneous), 수직(homeotropic), 틸트(tilted), 스플레이(splay) 또는 콜레스테릭(cholesteric) 배향될 수 있다.
하나의 예시에서 액정 화합물은 스플레이 배향될 수 있다. 이때, 배향막으로 전술한 배향막용 조성물로 형성한 배향막을 사용하는 경우, 액정 화합물 또는 이의 중합물인 액정 분자의 평균 경사각을 정교하게 제어할 수 있다. 예를 들면, 배향막용 조성물로 광배향성 물질과 수직 배향 액정 화합물을 사용하는 경우, 수직 배향 액정 화합물을 사용하지 않은 경우보다 스플레이 배향된 액정 분자의 평균 경사각을 크게 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어 배향막용 조성물로 광배향성 물질과 수평 배향 액정 화합물을 사용하는 경우, 수평 배향 액정 화합물을 사용하지 않은 경우보다 스플레이 배향된 액정 분자의 평균 경사각을 작게 제어할 수 있다. 즉, 상기와 같은 방법을 이용하는 경우 스플레이 배향 액정 필름에 있어서 액정 배향을 정교하게 할 수 있다.
배향 과정에 이어서, 도포층에 광, 예를 들면, 자외선을 조사하여, 액정 화합물을 중합시킨다. 이러한 중합은 자외선 영역의 파장을 흡수하는 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제의 존재 하에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 광의 조사에 의하여도 전술한 배향막 내에서의 가교 반응이 유도될 수도 있다.
자외선 조사는 대기 중에서 혹은 반응 효율을 높이기 위해 산소를 차단한 질소 분위기 하에서 진행할 수 있다. 자외선 조사기로는 일반적으로 80 mW/cm2 이상의 세기의 중압 혹은 고압 수은 자외선 램프 또는 메탈 할라이드 램프를 사용하여 수행할 수 있다. 필요한 경우, 자외선 조사 시에 액정층의 표면 온도가 액정 상태를 가지는 온도 범위가 될 수 있도록 기재와 자외선 램프 사이에 콜드 미러 또는 기타 냉각 장치를 설치할 수도 있다.
또한, 상기 액정 필름은 상기 기술한 방법 외에도 당 업계에서 사용되는 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
본 출원의 또 다른 구현예는 상기 액정 필름을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 액정 필름은, 예를 들면, 디스플레이 장치용 광학 보상 기재로서 유용할 수 있고, 이에 따라 상기 액정 필름은 광학 보상 기재로서 상기 장치에 포함될 수 있다. 또한, 상기 필름은, 예를 들면, STN(Super Twist Nematic) LCD, TFT-TN(Thin Film Transistor-Twisted Nematic) LCD, VA(Vertical Alignment) LCD 또는 IPS(In-Plane Switching) LCD 등의 위상차 필름; λ/2 파장판; λ/4 파장판; 역파장 분산 특성 필름; 광학 보상 필름; 컬러 필터; 편광판 또는 편광자와의 적층 필름; 편광판 보상 필름 등으로 사용될 수 있다.
액정 필름의 용도에 따라서 상기 필름을 사용하여 디스플레이 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 이 분야에서는 액정 필름의 용도에 따라서 그 필름이 장치 내에서 위치하여야 할 개소나 장치의 구성 방식이 다양하게 공지되어 있으며, 이러한 방식은 모두 적용될 수 있다.
상기 액정 필름을 포함하는 디스플레이 장치로 액정 디스플레이 장치를 예시적으로 설명하면 하기와 같다.
액정 디스플레이 장치는, 액정 패널 및 상기 액정 패널의 양면에 각각 배치된 제 1 및 제 2 편광판을 포함한다. 상기 액정 필름은, 상기 액정 패널과 상기 제 1 편광판의 사이 및/또는 상기 액정 패널과 상기 제2 편광판 사이에 배치될 수 있다.
상기에서 제 1 및/또는 제 2 편광판은 일면 또는 양면에 보호 필름을 포함할 수 있다. 보호 필름으로는, TAC 필름, ROMP(ring opening metathesis polymerization)로 제조된 폴리노르보넨 필름, 개환 중합된 COP(cycloolefin polymer)를 다시 수소 첨가하여 제조된 HROMP(ring opening metathesis polymerization followed by hydrogenation) 중합체, 폴리에스테르 필름, 또는 부가중합(addition polymerization)으로 제조된 폴리노르보넨계 필름 등을 사용할 수 있다. 이외에도 투명한 고분자 재료로 제조된 필름이 보호 필름 등이 사용될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 상기 액정 필름은, 특히 TN 모드의 액정 패널을 포함하는 액정 디스플레이 장치에서 유용하게 사용될 수 있다.
본 출원에서는 배향막용 조성물의 성분 및 성분 비율을 조절하여 액정층의 평균 경사각을 조절할 수 있는 배향막을 제공할 수 있고, 액정층의 액정 분자의 배향이 매우 안정적인 액정 필름을 제공할 수 있다.
도 1은 위상차값을 측정하기 위한 광의 입사각을 설명하기 위한 도면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 배향막용 조성물 및 액정 필름을 상세히 설명하나, 상기 조성물 및 액정 필름의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예에서의 물성은 하기의 방식으로 평가하였다.
1. 평균 경사각의 측정
실시예 또는 비교예에서 제조한 액정층은 액정층의 두께 방향에 대하여 액정 분자의 경사각이 연속적으로 변하는 스플레이 배향 액정층이다. 이때, 액정층을 두께 방향으로 N개의 층으로 분할하면 각 층에서의 액정 분자의 경사각은 하기 수식 2와 같이 규정된다.
[수식 2]
Figure 112013008264233-pat00013
상기 수식 2에서 θ(i)는 액정층을 두께 방향으로 N개의 층으로 분할하였을 때 i번째 층에서의 경사각을 의미한다. 또한, θmax는, 액정 분자의 가장 높은 경사각인 최대 경사각을 의미하며, θmin은, 액정 분자의 가장 낮은 경사각인 프리틸트각을 의미한다.
따라서, 실시예 또는 비교예에서 제조한 액정층의 평균 경사각은 하기 수식 3으로 계산되는 액정 분자의 경사각의 평균값으로 규정하였다.
[수식 3]
Figure 112013008264233-pat00014
또한, 상기 액정층의 경사각은 입사각에 따른 위상차값을 측정한 후, 측정된 위상차값으로부터 하기 수식 4을 이용하여 구하였다.
[수식 4]
Figure 112013008264233-pat00015
상기 수식 4에서 R(Φ)는 입사각 Φ에 따른 위상차값이다. 입사각 Φ는, 도 1과 같이, 액정층(100)의 법선(L)을 기준으로 하는 각도이다. 구체적으로, 입사각 Φ가 0°인 경우, 도 1과 같이, 위상차를 측정하기 위한 광은 법선(L) 방향으로 액정층을 투과한다. 또한, 입사각 Φ가 도 1과 같이 50° 또는 -50°인 경우 위상차를 측정하기 위한 광은 법선(L)으로부터 액정층의 면 방향으로 50°로 기울어져 액정층을 투과한다. 입사각에서 양 및 음의 부호는 방향성을 나타낸다.
또한, 상기 수식 4에서 d는 액정층의 두께이고, θ는 액정층의 경사각이며, ne는 액정층의 이상굴절률이고, no는 액정층의 정상굴절률이며, n2은 하기 수식 5로부터 구할 수 있다.
[수식 5]
Figure 112013008264233-pat00016
상기 입사각 Φ에 따른 위상차값은 Axomatrix사에 제작한 위상차값 측정장비인 Axoscan을 사용하였고, 측정파장은 550 nm 이었다.
실시예 1
배향막용 조성물의 제조
하기 화학식 A의 반복 단위를 포함하는 광배향성 물질인 폴리노르보넨(중량평균분자량(Mw) = 150,000) 및 하기 화학식 B의 수평 배향 액정 화합물을 혼합하고, 다시 라디칼 광개시제(Igacure 907)를 배합한 후에 톨루엔에 상기 광배향성 물질의 고형분 농도가 약 2 중량% 정도가 되도록 용해시켜 배향막용 조성물을 제조하였다(광배향성 물질:수평 배향 액정 화합물:라디칼 광개시제 = 2:0.25:0.25(중량비)).
[화학식 A]
Figure 112013008264233-pat00017
[화학식 B]
Figure 112013008264233-pat00018

액정 필름의 제조
TAC(Triacetyl cellulose) 필름(두께: 80,000 nm)의 일면에 상기 배향막용 조성물을 건조 후의 두께가 약 1,000Å 정도가 되도록 코팅하고, 80℃의 오븐에서 2 분 동안 건조시켰다.
건조된 배향막용 조성물을 배향 처리하여, 배향막을 형성하였다. 배향 처리는 건조된 조성물의 상부에 소정 방향의 직선 편광된 광을 생성할 수 있는 와이어 그리드 편광판을 위치시키고, 상기 TAC 필름을 약 3 m/min의 속도로 이동시키면서, 상기 건조된 조성물에 직선 편광된 자외선(300 mW/cm2)을 약 30초 동안 조사하여 배향 처리를 수행하였다. 이어서, 배향 처리된 배향막 상에 액정층을 형성하였다. 액정층을 형성하기 위하여, 스플레이 배향성 액정 혼합물(상품명: RMM667, 제조사: MERCK社)을 톨루엔에 25 중량%로 용해시켜 상기 배향막 위에 1 ㎛의 건조 두께가 되도록 도포하여 도포층을 형성하였다. 그 후, 상기 도포층을 80℃의 오븐에서. 2분간 방치하여 건조하였다. 건조 후 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정층을 형성함으로써 액정 필름을 제조하였다.
실시예 2
상기 화학식 B의 수평 배향 액정 화합물 대신 하기 화학식 C의 수직 배향 액정 화합물을 배합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 필름을 제조하였다.
[화학식 C]
Figure 112013008264233-pat00019

비교예 1
배향막용 조성물에 제조 시에 상기 화학식 B의 수평 배향 액정 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 필름을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
프리틸트각 (단위: °) 3 20 7
최대경사각 (단위: °) 67 90 83
평균경사각 (단위: °) 35 55 45
<입사각 Φ별 위상차값의 측정 결과>
-50°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 101.9 84.5 92.3
-40°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 95.3 74.7 84.2
-30°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 87.9 64.7 75.6
-20°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 80.1 54.9 66.9
-10°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 71.9 45.7 58.3
0°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 63.6 37.3 50.1
10°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 55.4 30.0 42.5
20°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 47.6 24.0 35.8
30°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 40.5 19.6 30.2
40°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 34.2 16.7 25.8
50°입사각에서의 위상차값(단위 nm) 29.2 15.3 22.7
100: 액정층

Claims (19)

  1. 광배향성 물질 및 중합성 액정 화합물을 포함하는 배향막용 조성물을 포함하는 층인 배향막; 및 상기 배향막 상에 존재하고, 스플레이 배향된 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 액정 필름이고,
    상기 배향막의 중합성 액정 화합물은 수평 배향 액정 화합물이고, 상기 액정층의 프리틸트각은 1° 내지 5°이거나; 또는
    상기 배향막의 중합성 액정 화합물은 수직 배향 액정 화합물이고, 상기 액정층의 프리틸트각은 15° 내지 30°인 액정 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 광배향성 물질은, 아조 화합물, 스틸벤 화합물, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물, 방향족 폴리실란, 방향족 폴리에스테르, 폴리스티렌, 신나메이트 화합물, 쿠마린 화합물, 신남아미드 화합물, 테트라히드로프탈이미드 화합물, 말레이미드 화합물, 벤조페논 화합물, 디페닐아세틸렌 화합물, 찰콘 화합물, 안트라세닐 화합물, 벤조에이트 화합물, 벤조아미드 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트 화합물 또는 스피로피란 화합물인 액정 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 광배향성 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 액정 필름:
    [화학식 1]
    Figure 112015113396418-pat00020

    상기 화학식 1에서, k은 50 내지 5,000의 수이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기 또는 하기 화학식 2로 표시되는 잔기이되, R3 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되는 잔기이다:
    [화학식 2]
    Figure 112015113396418-pat00021

    상기 화학식 2에서 R5는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기 또는 알릴옥시기를 나타내고, t는 벤젠 고리에 존재하는 R5의 수로서 1 내지 5 중 어느 하나의 수이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 중합성 액정 화합물은 수평 배향 액정 화합물 또는 수직 배향 액정 화합물인 액정 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 중합성 액정 화합물은 하기 화학식 9로 표시되는 화합물인 액정 필름:
    [화학식 9]
    Figure 112015113396418-pat00022

    상기 화학식 9에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R20은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -U-Q-P 또는 하기 화학식 10의 치환기이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R16 내지 R20 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R20 중 적어도 하나는 -U-Q-P 또는 하기 화학식 10의 치환기이거나, R11 내지 R16 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R16 내지 R20 중 인접하는 2개의 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다:
    [화학식 10]
    Figure 112015113396418-pat00023

    상기 화학식 10에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R21 내지 R25는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 시아노기, 니트로기 또는 -U-Q-P이되, R21 내지 R25 중 적어도 하나는 -U-Q-P이고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
  6. 제 5 항에 있어서, 화학식 9에서 R17 내지 R19 중 어느 하나 및 R12 내지 R14 중 어느 하나는 -U-Q-P 또는 화학식 10의 치환기이거나; R17 내지 R19 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 및 R12 내지 R14 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기인 액정 필름.
  7. 제 5 항에 있어서, 화학식 9에서 R17 내지 R19 중 어느 하나는 -U-Q-P 또는 화학식 10의 치환기이거나; R17 내지 R19 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이며, R11 내지 R15는 수소 또는 알킬기인 액정 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 중합성 액정 화합물은 광배향성 물질 100 중량부 대비 5 중량부 내지 90 중량부의 비율로 포함되는액정 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 라디칼 개시제 또는 양이온 개시제를 추가로 포함하는 액정 필름.
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  16. 제 1 항에 있어서, 기재를 추가로 포함하고, 배향막은 기재상에 존재하는 액정 필름.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 1 항의 액정 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
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