KR101990286B1 - 수직 배향막 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 수직 배향막, 수직 배향막의 제조 방법 및 수직 배향막의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 수직 배향막은 광 경화 타입 수직 배향막으로서 유리 기재뿐만 아니라 필름 기재에도 적용이 가능하고, 롤루롤 공정에도 적합하다. 이러한 수직 배향막은 수직 배향 액정이 요구되는 모든 기술 분야에 적용될 수 있고, 예를 들어 통상 투과 모드를 구현하는 광 변조 장치, 위상차 필름, LCD 등의 표시 소자의 시야각 보상 필름 또는 VA(Vertical Alignment) 모드 액정표시소자의 액정 셀 등에 유용하게 적용될 수 있다.

Description

수직 배향막 {Vertical Alignment Layer}
본 출원은 수직 배향막, 수직 배향막의 제조 방법 및 수직 배향막의 용도에 관한 것이다.
기존에 상용화되어 있는 수직 배향막은 열광화 타입으로서 폴리이미드계 수직 배향막이 주를 이룬다(특허문헌 1). 폴리이미드계 수직 배향막은 일반적으로 폴리아믹산 용액을 열 경화 과정을 거쳐 폴리이미드로 합성하는 반응을 통하여 제조되며, 저온 소성을 목적으로 폴리이미드 용액을 코팅한 후 열 소성을 통하여 용매만을 제거하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 저온에서 소성한다 하더라도 분자량이 큰 폴리이미드를 녹여야 하므로 용매의 선택에 제한이 있고 소성 온도 역시 약 180℃ 내지 200℃ 정도이거나 또는 약 150℃에서 약 30분 이상의 소성이 필요하다. 따라서, 기존 폴리이미드계 수직 배향막은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 또는 PC(폴리카보네이트) 기반의 필름 기재에 적용하는 것에 제한이 있으며, 소성 온도나 시간을 고려할 때 롤투롤 공정에 적합하지 않은 단점이 있다.
한국특허공개 제2004-0050166호
본 출원은 광 경화 타입의 수직 배향막, 상기 수직 배향막의 제조 방법 및 상기 수직 배향막의 용도를 제공한다.
본 출원은 광 경화 타입의 수직 배향막에 관한 것이다. 예시적인 수직 배향막은 광 경화성 액정 화합물을 포함한다. 상기 광 경화성 액정 화합물은, 예를 들어, 광 경화된 상태로 수직 배향막 내에 포함될 수 있다. 상기 수직 배향막의 두께는, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 250 nm 범위 내일 수 있다. 본 출원의 예시적인 수직 배향막은 광 경화 타입으로서, 액정에 대한 수직 배향력을 나타낼 수 있다. 이하, 본 출원의 수직 배향막에 대하여 구체적으로 설명한다.
광 경화성 액정 화합물
본 명세서에서 광 경화성 액정 화합물은 광 경화성 관능기를 하나 이상 가지는 액정 화합물을 의미한다. 예를 들어, 광 경화성 액정 화합물은 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 광 경화성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 광 경화성 관능기로는, 예를 들어, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 광 경화성 액정 화합물은 광 경화성 관능기를 하나 가지는 액정 화합물(이하, 일 관능성 모노머 성분) 및 광 경화성 관능기를 2개 이상 가지는 액정 화합물(이하, 다 관능성 모노머 성분)을 포함할 수 있다. 다 관능성 모노머 성분으로는, 예를 들어, 광 경화성 관능기를 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상 또는 6개 이상 가지는 액정 화합물을 사용할 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 의하면, 광 경화성 관능기를 2개 가지는 액정 화합물,(이하, 이 관능성 모노머 성분)을 사용할 수 있다.
일 관능성 모노머 성분 및 다 관능성 모노머 성분의 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 광 경화성 액정 화합물은 일 관능성 모노머 성분 100 중량부 및 상기 일 관능성 모노머 100 중량부 대비 40 중량부 내지 900 중량부 범위 내의 다 관능성 모노머 성분을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 다 관능성 모노머 성분의 비율은, 일 관능성 모노머 성분 100 중량부 대비 40 중량부 이상, 50 중량부 이상, 60 중량부 이상, 80 중량부 이상 또는 90 중량부 이상의 비율로 포함될 수 있고, 일 관능성 모노머 성분 100 중량부 대비 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하 또는 200 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다. 일 관능성 모노머 성분 및 다 관능성 모노머 성분의 함량 비율이 상기 범위인 경우 액정에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 광 경화성 액정 화합물은 일 관능성 모노머 성분 50 중량부 및 다 관능성 모노머 성분 50 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 관능성 모노머 성분은 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015124540747-pat00001
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고, X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며, Y는 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기, 알콕시기 또는 -O-Q이되, 상기에서 Q는 플루오르 알킬기, 시아노기 치환 알킬기 또는 알케닐기이고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며, Z는 수소 또는 메틸기이다.
구체적으로, 화학식 1에서 A가 알킬렌기인 경우, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 즉 -(CH2)n-의 n이 1 내지 10 범위 내의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 1에서 A가 알케닐렌기인 경우, 예를 들어, -C=C-이거나, 또는 -R-C=C-R'-일 수 있고, 상기에서 R 또는 R'는 각각 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다. 한편, 화학식 1에서 A가 알콕실렌기인 경우, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌기, 즉 -(CH2)n-O-의 n이 1 내지 10 범위 내의 정수일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 화학식 1에서 A는 -COO-일 수 있다.
화학식 1에서 X가 알킬렌기인 경우 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 즉 -(CH2)n-의 n이 1 내지 10 범위 내의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 1에서 X가 알콕실렌기인 경우, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌기, 즉 -(CH2)n-O-의 n이 1 내지 10 범위 내의 정수일 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, X는 탄소수 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 10개의 알콕시기 일 수 있고, 산소가 페닐렌기에 결합된 상태로 존재할 수 있다.
화학식 1에서 Y가 할로겐인 경우, 상기 할로겐은 플루오르(F)일 수 있다. 한편, 화학식 1에서 Y가 알킬기 또는 알콕시기인 경우, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 알콕시기, 예를 들어 -(CH3)n의 n이 1 내지 10의 정수이거나 또는 -O-(CH3)n의 n이 1 내지 10의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 1의 Y가 -O-Q인 경우, Q는 탄소수 1 내지 10의 플루오르 알킬기, 예를 들어, -O-(CH2)nF의 n이 1 내지 10의 정수이거나 또는 O-(CH2)n-(CH)F2의 n이 1 내지 9의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 1의 Y가 -O-Q인 경우, Q는 탄소수 1 내지 10의 시아노기 치환 알킬기, 예를 들어, -(CH2)n-CN의 n이 1 내지 10의 정수일 수 있다. 한편, Y가 -O-Q이고, Q가 알케닐기인 경우, 예를 들어 -O-C=C-이거나, 또는 O-R-C=C-R'-일 수 있으며, 상기에서 R 또는 R'는 각각 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, 화학식 1의 Y는 알킬기, 예를 들어, 탄소수 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 10개의 알킬기 또는 시아노기일 수 있다.
화학식 1에서 R1 내지 R8가 할로겐인 경우, 예를 들어 플루오르일 수 있으며, 알킬기인 경우 탄소수 1 내지 3의 알킬기일 수 있으며, 알콕시기인 경우 탄소수 1의 알콕시기일 수 있다. 하나의 구체적인 예, 화학식 1의 R1 내지 R8은 수소일 수 있다. 또한, 하나의 구체적인 예로, 화학식 1의 Z는 수소일 수 있다.
하나의 예시에서, 일 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 1A로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 일 관능성 모노머 성분은 상기 화학식 1에서 Y가 탄소수 2이상인 알킬기인 화합물, 예를 들어, 화학식 1에서 Y가 탄소수 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 10개인 알킬기인 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 화학식 1A로 표시되는 화합물은 전체 일 관능성 모노머 성분 중량 대비 약 40 중량% 이상 내지 80 중량% 미만의 비율로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로 화학식 1A로 표시되는 화합물은 전체 일 관능성 모노머 성분의 중량 대비 약 45 중량% 이상 내지 70 중량% 이하, 약 50 중량% 이상 내지 60% 이하의 비율로 포함될 수 있다.
[화학식 1A]
Figure 112015124540747-pat00002
상기 화학식 1에서
A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며,
Y는 탄소수 2 이상의 알킬기이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
Z는 수소 또는 메틸기이다.
다른 하나의 예시에서, 일 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 1B로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 일 관능성 모노머 성분은 상기 화학식 1에서 Y가 시아노기인 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우 화학식 1B로 표시되는 화합물은 전체 일 관능성 모노머 성분의 중량 대비 약 10 중량% 이상 내지 60 중량% 미만의 비율로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로 화학식 1B로 표시되는 화합물은 전체 일 관능성 모노머 성분의 중량 대비 약 20 중량% 이상, 약 30 중량% 이상, 약 40 중량% 이상 또는 약 50 중량% 이상 및 약 55% 이하의 비율로 포함될 수 있다.
[화학식 1B]
Figure 112015124540747-pat00003
상기 화학식 1에서
A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며,
Y는 시아노기이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
Z는 수소 또는 메틸기이다.
다 관능성 모노머 성분은 예를 들어, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015124540747-pat00004
상기 화학식 2에서, A 및 A'는 각각 독립적으로 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고, B는 페닐렌기 또는 싸이클로헥실렌기이며, X1 및 X2는 각각 독립적으로 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이다.
화학식 2에서 A 및 A'에 대한 예들은 화학식 1의 A 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 하나의 구체적인 예로, 화학식 2에서 A 및 A'는 -COO-일 수 있고, 이 경우 A는 탄소가 B에 결합되고, 산소가 우측 벤젠 고리에 결합될 수 있으며, A'는 산소가 좌측 벤젠 고리에 결합될 수 있고, 탄소가 우측 벤젠 고리에 결합될 수 있다.
화학식 2에서 B가 페닐렌기인 경우, 예를 들어, 1,4-페닐렌기일 수 있다. 한편, 화학식 2에서 B가 사이클로헥실렌기인 경우, 예를 들어, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌기일 수 있다. 하나의 구체적인 예로, 화학식 2에서 B는 1,4-페닐렌기일 수 있다.
화학식 2에서 X1 및 X2에 대한 예들은 화학식 1의 X 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 잇다. 다만, 하나의 구체적인 예로, X1 및 X2는 각각 탄소수 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 10개의 알콕시기 일 수 있고, X1은 산소가 B에 결합된 상태로 존재할 수 있고, X2는 산소가 벤젠 고리에 결합된 상태로 존재할 수 있다.
화학식 2에서 R1 내지 R8에 대한 예들은 화학식 1의 R1 내지 R8 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하나의 예로, R1 내지 R8 중 어느 하나는 메틸기일 수 있고, 구체적으로 예를 들면, R1이 메틸기이고, R2 내지 R8은 수소일 수 있다. 또한, 하나의 구체적인 예로, 화학식 2의 Z1 및 Z2는 각각 수소일 수 있다.
수직 배향막
본 출원의 수직 배향막은 액정에 대하여 수직 배향력을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수직」은 목적하는 효과를 손상시키지 않은 범위에서의 실질적인 수직을 의미한다. 따라서, 상기 용어는, 예를 들면, ±15도 이내, ±10도 이내, ±5도 이내 또는 ±3도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
수직 배향막은 광 경화성 액정 화합물을 광 경화된 상태로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 광 경화성 액정 화합물은 수직 배향막 평면에 대하여 약 75 내지 90 범위 내의 경사각을 이루도록 광 경화된 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「경사각」은 광 경화성 액정 화합물의 광축과 수직 배향막 평면이 이루는 최소각을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「광축」은 액정 화합물이 막대 (rod) 모양인 경우 액정 화합물의 장축 방향의 축을 의미할 있고, 액정 화합물이 원판 (discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다
수직 배향막의 두께는, 예를 들어, 약 10 nm 내지 250 nm 범위 내일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 수직 배향막이 기재를 추가로 포함하는 경우, 상기 두께 범위는, 기재를 제외한 광 경화된 상태로 존재하는 광 경화성 액정 화합물의 층의 두께를 의미한다. 수직 배향막의 두께는 보다 구체적으로, 10 nm 이상, 12.5 nm 이상, 15 nm 이상, 17.5 nm 이상, 20 nm 이상, 22.5 nm 이상, 25 nm 이상, 27.5 nm 이상, 30 nm 이상, 32.5 nm 이상, 35 nm 이상, 37.5 nm 이상, 40 nm 이상, 42.5 nm 이상, 45 nm 이상 또는 47.5 nm 이상일 수 있고, 250 nm 이하, 240 nm 이하, 230 nm 이하, 220 nm 이하, 210 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 140 nm 이하, 130 nm 이하, 120 nm 이하 또는 110 nm 이하일 수 있다. 수직 배향막의 두께가 상기 범위 내인 경우 액정에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다.
수직 배향막은 기재를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 광 경화성 액정 화합물은 상기 기재 상에 광 경화된 상태로 존재할 수 있다. 도 1 은 기재(102) 및 상기 기재 상에 인접하여 존재하는 광 경화성 액정 화합물의 광경화층(101)을 포함하는 수직 배향막(10)을 예시적으로 나타낸다.
기재로는 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 기재, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재로는, 또한, 광학적으로 등방성인 기재 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재를 사용할 수 있다. 기존 폴리이미드계 열 경화성 수직 배향막의 경우 소성 온도가 높고 소성 시간이 길어서 PET 또는 PC 기반의 플라스틱 필름 기재에 적용하는 것에 제한이 있는 반면, 본 출원의 광 경화성 수직 배향막은 후술하는 바와 같이 상대적으로 낮은 온도 및 짧은 시간으로 수행되는 용매의 건조 및 광 경화 공정을 통하여 형성이 가능하므로 유리 기재 뿐만 아니라 플라스틱 필름 기재에도 적용이 용이하다.
플라스틱 필름 기재의 구체적인 예로, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
수직 배향막의 제조 방법
본 출원은 또한, 수직 배향막의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은 예를 들어, 전술한 수직 배향막을 제조할 수 있다. 본 출원의 예시적인 수직 배향막의 제조 방법은 기재상에 마련된 수직 배향막 조성물의 층을 광 경화하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 수직 배향막 조성물로는 광 경화성 액정 화합물의 농도가 약 1 중량% 이상 내지 약 5 중량% 미만인 수직 배향막 조성물을 사용할 수 있다. 상기 제조 방법에서, 기재 및 광경화성 액정 화합물에 대한 구체적인 사항은 수직 배향막의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
수직 배향막 조성물은 광 경화성 액정 화합물을 포함하되, 광 경화성 액정 화합물의 농도가 약 1 중량% 이상 내지 약 5 중량% 미만이 되도록 포함할 수 있다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 농도는 중량 백분율(weight percent)를 의미한다. 즉, 수직 배향막 조성물에서 광 경화성 액정 화합물의 농도가 약 1 중량% 이상 내지 5 중량% 미만이라는 것은, 전체 수직 배향막 조성물 100 중량부 대비 광 경화성 액정 화합물이 1 중량부 이상 내지 5 중량부 미만의 비율로 포함된다는 것을 의미한다. 또한, 상기에서 광 경화성 액정 화합물의 비율은 고형분 상태의 중량을 기준으로 한다. 보다 구체적으로, 수직 배향막 조성물에서 광 경화성 액정 화합물의 농도는 약 1 중량% 이상, 1.2 중량% 이상, 1.4 중량% 이상, 1.6 중량% 이상, 1.8 중량% 이상 또는 2.0 중량% 이상일 수 있고, 5 중량% 미만, 4.8 중량% 이하, 4.6 중량% 이하, 4.4 중량% 이하, 4.2 중량% 이하, 4.0 중량% 이하, 3.8 중량% 이하, 3.6 중량% 이하, 3.4 중량% 이하, 3.2 중량% 이하, 3.0 중량% 이하, 2.8 중량% 이하, 2.6 중량% 이하, 2.4 중량% 이하 또는 2.2 중량% 이하일 수 있다. 광 경화성 액정 화합물의 농도가 상기 범위 내인 경우 액정에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도하는 수직 배향막을 제조할 수 있다.
광 경화성 액정 화합물을 농도를 상기 범위로 조절하는 방법은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 채용하여 사용할 수 있다. 하나의 예로, 광 경화성 액정 화합물을 용매로 희석시켜 사용할 수 있다. 이하, 수직 배향막 조성물에서 광 경화성 액정 화합물 및 기타 첨가제를 제외한 용매를 잔부 용매로 호칭할 수 있다. 잔부 용매로는 예를 들어, 통상적인 유기 용매를 사용할 수 있다. 유기 용매로는 예를 들어, 에테르 용매, 방향족 용매, 할로겐 용매, 올레핀 용매 또는 케톤 용매 등의 1종 또는 2종 이상이 예시될 수 있으며, 구체적으로는, 시클로펜타논, 시클로 헥사논, 클로로벤젠, N-메틸피롤리돈, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 시멘, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 감마부티로락톤 또는 테트라히드로푸란 등이 예시될 수 있다. 본 출원의 일 실시예로, 잔부 용매로 톨루엔, 시클로 헥사논 등을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
수직 배향막 조성물은 광 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 광 개시제로는 예를 들어 라디칼 중합을 개시할 수 있는 광 개시제 사용할 수 있다. 이러한 개시제로는 예를 들어, 옥심에스테르계, 벤조페논계, α-아미노케논계 또는 아크릴포스핀옥사이드계 등의 개시제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 수직 배향막 조성물 내의 광 개시제의 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 광 개시제는 광 경화성 액정 화합물 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 5 중량부 비율로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 광 개시제는 광 경화성 액정 화합물 100 중량부 대비, 1 중량부 이상, 1.5 중량부 이상, 2.0 중량부 이상 또는 2.5 중량부 이상 및 5 중량부 이하, 4.5 중량부 이하, 4.0 중량부 이하, 3.5 중량부 이하, 3.0 중량부 이하 또는 2.5 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다.
기재 상에 수직 배향막 조성물의 층을 마련하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 공지의 코팅 방식을 채용할 수 있다. 코팅 방식의 구체적인 예로는, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 수직 배향막 조성물의 층은 기재 상에 예를 들어, 약 2 um 내지 10 um 범위 내의 두께로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 기재 상에 마련되는 수직 배향막 조성물의 층의 두께를 용이하게 조절하는 측면에서 메이어 바 코팅 방식을 채용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제조 방법은 광 경화하기 전에 용매의 건조 단계를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방법에 의해 제조되는 수직 배향막은 용매를 포함하지 않으면서 광 경화성 액정 화합물을 광 경화된 상태로 포함할 수 있다. 하나의 구체적인 예로, 수직 배향막 조성물의 층의 용매를 건조하는 공정은 약 150℃ 이하, 140℃ 이하, 130℃ 이하, 120℃ 이하 110℃이하 또는 100 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있고, 또한 약 10분 이내, 8분 이내, 6분 이내, 4분 이내 또는 2분 이내의 시간 동안 수행될 수 있다. 기존의 폴리이미드계 열경화 타입 수직 배향막의 경우 소성 온도가 높고 소성 시간이 길어서 PET 또는 PC 기반의 플라스틱 필름 기재에 적용하는 것에 제한이 있는 반면, 본 출원의 수직 배향막은 상기와 같이 상대적으로 낮은 온도 및 짧은 시간으로 수행되는 용매의 건조 및 광 경화 공정을 통하여 형성이 가능하므로 유리 기재뿐만 아니라 플라스틱 필름 기재에도 적용이 용이하며, 롤투롤 공정에도 적용될 수 있는 장점이 있다.
상기 제조 방법에서, 수직 배향막 조성물의 층을 광 경화하는 것은 광 경화를 유도할 수 있는 적절한 에너지, 예를 들면 광을 조사하여 수행할 수 있다. 하나의 구체적인 예로, 광 경화는 수직 배향막 조성물의 층에 자외선을 조사하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 광 경화를 위한 자외선은 약 100 mJ/cm2 내지 약 2 J/cm2 범위 내의 세기로 조사될 수 있다. 보다 구체적으로, 광 경화를 위한 자외선은 약 100 mJ/cm2 이상, 200 mJ/cm2 이상, 300 mJ/cm2 이상, 400 mJ/cm2 이상, 500 mJ/cm2 이상, 600 mJ/cm2 이상, 약 700 mJ/cm2 이상, 약 800 mJ/cm2 이상, 약 900 mJ/cm2 이상 및 약 2 J/cm2 이하, 1900 mJ/cm2 이하, 1800 mJ/cm2 이하, 1700 mJ/cm2 이하, 1600 mJ/cm2 이하, 1500 mJ/cm2 이하, 1400 mJ/cm2 이하, 1300 mJ/cm2 이하, 1200 mJ/cm2 이하 또는 1100 mJ/cm2 이하의 범위 내로 조사될 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 의하면, 약 1J의 세기로 조사될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 자외선 세기를 상기 범위로 조절하는 경우 액정에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도하는 수직 배향막을 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서, 수직 배향막 조성물의 층의 광 경화 후 두께는 예를 들어, 약 10 nm 내지 250 nm 범위 내가 되도록 조절될 수 있다. 수직 배향막 조성물의 층의 광 경화 후 두께는 보다 구체적으로, 10 nm 이상, 12.5 nm 이상, 15 nm 이상, 17.5 nm이상, 20 nm 이상, 22.5 nm 이상, 25 nm 이상, 27.5 nm 이상, 30 nm 이상, 32.5 nm 이상, 35 nm 이상, 37.5 nm 이상, 40 nm 이상, 42.5 nm 이상, 45 nm 이상 또는 47.5 nm 이상일 수 있고, 250 nm 이하, 240 nm 이하, 230 nm 이하, 220 nm 이하, 210 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 140 nm 이하, 130 nm 이하, 120 nm 이하 또는 110 nm 이하일 수 있다. 광 경화 후 수직 배향막 조성물의 두께를 상기 범위로 조절하는 경우 액정에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다. 수직 배향막 조성물의 층의 광 경화 후 두께를 상기 범위 내로 조절하는 방식은 특별히 제한되지 않고 공지의 코팅 두께 조절 방식을 채용할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 메이어 바를 통하여 코팅 두께를 조절할 수 있으나, 이러한 방식에 제한되는 것은 아니다.
수직 배향막의 용도
본 출원은 또한 상기 수직 배향막의 용도에 관한 것이다. 상기 수직 배향막은 액정의 수직 배향이 요구되는 모든 광학 소자에 적용될 수 있다. 예시적인 광학 소자는 도 2에 도시한 바와 같이, 대향 배치된 2 장의 수직 배향막(10A, 10B) 및 상기 2 장의 수직 배향막 사이에 존재하고 액정 화합물을 포함하는 액정층(201)을 가질 수 있다. 이하, 수직 배향막의 광 경화성 액정 화합물과 구분을 위하여 광학 소자의 액정층 내에 포함되는 액정 화합물을 제 2 액정 화합물로 호칭한다.
액정층 내의 제 2 액정 화합물은 초기 상태에서 수직 배향된 상태로 존재할 수 있다. 즉, 제 2 액정 화합물은 수직 배향막의 수직 배향력에 의하여 수직 배향된 상태로 액정층 내에 존재할 수 있다. 명세서에서 용어 「초기 상태」는 외부 작용이 없는 상태를 의미할 수 있고, 상기 용어 「외부 작용」은 액정 화합물의 정렬을 변경시킬 수 있도록 수행되는 모든 종류의 작용을 의미하고, 대표적인 예로는 전압의 인가가 있다.
제 2 액정 화합물로는 광학 소자의 용도에 따라 경화성 관능기를 가지는 경화성 액정 화합물 또는 경화성 관능기를 가지지 않는 비 경화성 액정 화합물을 사용할 수 있다. 하나의 예로, 제 2 액정 화합물로 경화성 액정 화합물을 사용하는 경우 그 배향을 고정시켜 사용하는 것에 유리 하다. 또는 다른 하나의 예로, 외부 작용 인가 여부에 따라 액정 화합물의 배향을 스위칭함으로써 광학 소자의 광 변조 특성을 조절한다는 측면에서 비 경화성 액정 화합물을 사용할 수도 있다. 상기 제 2 액정 화합물로는 예를 들면, 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다.
액정층은 또한 폴리머 네트워크를 추가로 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는, 예를 들면, 액정셀의 헤이즈 또는 투과도 특성을 조절하기 위하여 추가로 포함될 수 있다. 액정층이 폴리머 네트워크를 포함하는 경우 제 2 액정 화합물로는 비 경화성 액정 화합물을 사용할 수 있다. 이 경우, 제 2 액정 화합물은 폴리머 네트워크와는 결합되어 있지 않으며 외부에서 전압이 인가될 경우에 그에 따라서 배향이 변경될 수 있는 형태일 수 있다. 하나의 예시에서, 제 2 액정 화합물은 폴리머 네트워크와 상분리된 상태로, 폴리머 네트워크 내에 분산된 상태로 존재할 수 있다. 액정층 내의 폴리머 네트워크는 폴리머 네트워크가 연속상의 액정 화합물 중에 분포되어 있는 구조, 소위 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal) 구조로 액정층 내에 포함될 수 있고, 또는, 폴리머 네트워크 내에 액정 화합물을 포함하는 액정 영역이 분산되어 있는 상태로 존재하는 구조, 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 구조로 액정층 내에 포함될 수 있다.
폴리머 네트워크는, 예를 들면 중합성 화합물을 포함하는 전구 물질의 네트워크일 수 있다. 따라서, 폴리머 네트워크는 중합된 상태로 중합성 화합물을 포함할 수 있다. 중합성 화합물로는, 액정성을 나타내지 않는 비액정성 화합물이 사용될 수 있다. 중합성 화합물로는, 소위 PDLC 또는 PNLC 소자의 폴리머 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 알려진 하나 이상의 중합성 관능기를 가지는 화합물 또는 필요한 경우 중합성 관능기가 없는 비중합성 화합물을 사용할 수 있다. 전구 물질에 포함될 수 있는 중합성 화합물로 아크릴레이트 화합물 등이 예시할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
폴리머 네트워크의 액정층 내의 비율은, 목적 물성, 예를 들면, 액정셀의 헤이즈 또는 투과도 특성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 폴리머 네트워크는, 예를 들어, 40 중량% 이하, 38 중량% 이하, 36 중량% 이하, 34 중량% 이하, 32 중량%이하 또는 30 중량% 이하의 비율로 액정층 내에 포함될 수 있다. 폴리머 네트워크의 액정층 내의 비율의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 1 중량%, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상 또는 10 중량% 이상일 수 있다.
광학 소자는 기판을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예로, 광학 소자는 도 3에 도시한 바와 같이, 대향 배치된 2개의 기판(202A, 202B)을 포함하고, 액정층(201)은 상기 대향 배치된 2개의 기판의 사이에 존재할 수 있다. 액정셀이 대향 하는 2개의 기판을 포함하는 경우, 수직 배향막(10A, 10B)은 대향 배치된 2개의 기판의 내측, 즉 액정층 측면에 존재할 수 있다. 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 전술한 수직 배향막의 기재 소재를 적용할 수 있다.
광학 소자는 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예로, 전극층은 액정층과 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 전극층(203A, 203B)은 도 4 에 나타낸 바와 같이, 대향하는 2개의 기판(202A, 202B)의 액정층(201) 측면에 존재할 수 있다. 이 경우, 수직 배향막(10A, 10B)은 대향 배치된 2개의 전극층의 내측, 즉 액정층 측면에 존재할 수 있다. 이러한 전극층은 액정층 내의 액정 화합물의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 액정층에 수직 또는 수평 전계를 인가할 수 있다. 전극층은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 수 있다. 전극층은, 투명성을 가지도록 형성될 수 있다. 이 분야에서는, 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 필요한 경우에, 기판의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
광학 소자는 전술한 수직 배향막의 제조 방법으로 형성된 수직 배향막 상에 전술한 제 2 액정 화합물을 포함하는 액정층 조성물 또는 상기 제 2 액정 화합물에 전술한 이색성 염료 및/또는 폴리머 네트워크 전구 물질을 추가로 포함하는 액정층 조성물을 형성하는 것에 의하여 제조할 수 있다. 또한, 액정층 조성물이 폴리머 네트워크 전구 물질을 포함하는 경우 이들의 중합을 위하여 적절한 에너지의 인가, 예를 들어 자외선을 조사하는 공정이 추가로 수행될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제 2 액정 화합물이 경화성 관능기를 가지는 경우에도 경화를 위하여, 적절한 에너지의 인가, 예를 들어, 광 또는 열 에너지를 조사하는 공정이 추가로 수행될 수 있다.
액정층의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내, 에서 적절히 조절될 수 있다. 하나의 구체저인 예로, 액정층의 두께는 약 2um 내지 25um 범위 내일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 액정층은 초기 상태에서 하기 수식 A로 규정되는 면상 위상차 값이 예를 들어 100 nm 이하일 수 있고, 하기 수식 B로 규정되는 두께 방향 위상차 값이 예를 들어 200 nm 이상일 수 있으나, 상기 범위는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
[수식 A]
Rin = d (nx - ny)
[수식 B]
Rth = d (nz - ny)
수식 A 또는 B에서, nx, ny 및 nz는 각각 액정층의 x, y 및 z 방향의 굴절률을 의미한다. 예를 들어, nx는 액정층의 평면에서 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 액정층의 상기 지상축에 수직하는 방향의 굴절률이고, nz는 액정층의 두께 방향, 즉 상기 지상축과 그에 수직하는 방향 모두와 수직하는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 본 명세성서 용어 「굴절률」은 특별히 달리 규정하지 않는 한, 550nm파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다.
액정층은 이방성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 상기와 같은 염료의 사용을 통해서 액정셀이 표시 장치에 적용되었을 경우에 장치의 색감을 조절할 수 있다.
이방성 염료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다. 이방성 염료로는, 예를 들면 흑색 염료(black dye) 또는 컬러 염료(color dye)를 사용할 수 있다. 상기 이방성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이방성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값이 5 이상, 6 이상 또는 7 이상인 염료를 사용할 수 있다. 상기 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비는 높을수록 차단율 개선 또는 컬러 구현에 효과적이므로 상한은 특별히 제한되지 않고 의도하는 컬러 구현의 정도를 고려하여 적절한 이색비를 가지는 이방성 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 액정층 내에서 이방성 염료의 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이방성 염료는 제 액정 화합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 5 중량부 정도의 비율로 포함될 수 있으나, 상기 비율은 필요에 따라 적정 범위로 변경될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 광학 소자의 용도에 관한 것이다. 상기 광학 소자는 수직 배향 액정이 요구되는 모든 기술 분야에 다양하게 적용될 수 있다. 하나의 구체적인 예로, 광학 소자는 위상차 필름, LCD 등의 다양한 표시 소자의 시야각 보상 필름, VA(Vertical Alignment) 모드 액정 표시 소자의 액정 셀 등에 적용될 수 있다.
본 출원의 광학 소자는 또한, 광 변조 장치의 액정 셀로 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광 변조 장치는 통상 투과 모드를 구현할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「통상 투과 모드」는 예를 들어 초기 상태에서는 투과 모드가 구현되고, 외부 작용 하에 차단 모드로 전환되며, 외부 작용이 제거되면 다시 투과 모드로 전환되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「투과 모드」는 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내면서 광의 투과가 가능한 상태의 모드를 의미할 수 있고, 「차단 모드」는 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내면서 광의 투과가 불가능한 상태의 모드를 의미할 수 있다.
하나의 구체적인 예로, 광학 소자는 초기 상태에서 400 nm 내지 700 nm 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이상인 투과 모드를 구현할 수 있고, 외부 작용이 인가되는 경우 400 nm 내지 700 nm 파장의 광에 대한 투과율이 50% 미만인 차단 모드로 스위칭될 수 있다. 상기에서 외부 작용은 예를 들어, 제 2 액정 화합물이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우 수평 전계 전압의 인가를 의미할 수 있고, 제 2 액정 화합물이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우 수직 전계 전압의 인가를 의미할 수 있다. 상기에서, 외부 작용이 제거되는 경우 광학 소자는 다시 초기 상태의 투과 모드로 스위칭 될 수 있다. 이 경우 광학 소자는 투과 모드 및 차단 모드에서 모두 비헤이즈 모드일 수 있고, 예를 들어, 헤이즈가 약 10% 미만일 수 있다. 이러한 광변조 장치로는, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 용어 「스마트 윈도우는(Smart Window)」는 입사 광, 예를 들어 태양 광의 투과율을 조절할 수 있는 기능을 가지는 윈도를 의미하는 것으로서, 소위 스마트 블라인드, 전자 커튼, 투과도 가변 유리 또는 조광 유리 등으로 불리는 기능성 소자를 포괄하는 개념이다. 상기와 같은 광 변조 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정셀이 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 수직 배향막은 광 경화 타입 수직 배향막으로서 유리 기재뿐만 아니라 필름 기재에도 적용이 가능하고, 롤루롤 공정에도 적합하다. 이러한 수직 배향막은 수직 배향 액정이 요구되는 모든 기술 분야에 적용될 수 있고, 예를 들어 통상 투과 모드를 구현하는 광 변조 장치, 위상차 필름, LCD 등의 표시 소자의 시야각 보상 필름 또는 VA(Vertical Alignment) 모드 액정표시소자의 액정 셀 등에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 수직 배향막의 모식도이다.
도 2 내지 4는 본 출원의 광학 소자의 모식도이다.
도 5는 수직 배향막 조성물 농도에 따른 액정 셀 투과율 평가 결과이다.
도 6은 수직 배향막 두께에 따른 액정 셀 투과율 평가 결과이다.
이하, 본 출원에 따른 실시예를 통하여 상기 액정 소자를 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
수직 배향막 조성물의 제조
화학식 A 내지 D의 화합물을 각각 1:1:1:1 (화학식A: 화학식 B: 화학식C: 화학식D) 중량 비율로 포함하는 고형분(Solid)의 액정 조성물 2g을 톨루엔 용매 98g에 액정 조성물의 농도가 2 중량% 가 되도록 희석함으로써 수직 배향막 조성물을 제조하였다. 농도는 하기 수식 1을 통해 계산된 값이다.
[화학식 A]
Figure 112015124540747-pat00005
[화학식 B]
Figure 112015124540747-pat00006
[화학식 C]
Figure 112015124540747-pat00007
[화학식 D]
Figure 112015124540747-pat00008
[수식 1]
농도 =
Figure 112015124540747-pat00009
A는 액정 조성물의 고형분 중량(g)
B는 상온에서의 용매의 중량 (g)
수직 배향막의 제조
PET(Polyethylene terephthalate) 필름 (100mm x 100mm) 상에 상기 제조된 수직 배향막 조성물을 약 2000 nm 두께로 바 코팅 방식으로 도포한 후, 2번 Meyer bar를 이용하여 코팅 두께를 조절하였다. 다음으로 상기 코팅된 수직 배향막 조성물을 약 100℃의 온도 에서 약 2 분 동안 건조한 후, 약 300 mJ/cm2의 세기의 자외선을 조사하여 최종 두께가 약 50nm인 수직 배향막을 제조하였다.
NT- PNLC(Normally Transparent PNLC ) 셀의 제조
상기 제조된 수직 배향막 2장을 수직 배향막이 서로 대향하고, 셀 간 격이 약 9㎛가 되도록 이격 배치시킨 후에, 상기 이격 배치된 2 장의 수직 배향막 사이에 NT-PNLC 조성물을 주입하고 에지(edge)를 실링하여 면적 2.2cmx4.0cm 및 간격 9㎛인 NT-PNLC 셀을 제작하였다. 상기에서 NT-PNLC 조성물로는 폴리머 네트워크 전구 물질(HCM-009, HCCH社제), 액정 화합물(HNG730600-200, HCCH社제), 이방성 염료(X12, BASF社제) 및 광 개시제(IGR651, BAS社제F)를 각각 10:88.7:1:0.3(HCM-009: HNG730600-200: X12: IGR651)의 중량 비율로 혼합한 것을 사용하였다. 다음으로, 상기 NT-PNLC 셀에 약 1J 세기의 자외선을 조사하여 액정 셀을 제조하였다.
실시예 2
3번 Meyer bar를 이용하여 코팅 두께를 조절함으로써 수직 배향막의 최종 두께가 약 100nm가 되도록 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 1
5g의 액정 조성물 및 95g의 용매를 사용하여 액정 조성물의 농도가 5 중량% 가 되도록 희석한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 2
7g의 액정 조성물 및 93g의 용매를 사용하여 액정 조성물의 농도가 7 중량% 가 되도록 희석한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 3
5번 Meyer bar를 이용하여 코팅 두께를 조절함으로써, 수직 배향막의 최종 두께가 250nm가 되도록 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 4
수직 배향막 대신에 공지의 수평 배향막을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
평가예 : 수직 배향 유무 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀의 전압 무인가 상태에서의 광 투과율을 측정하여 수직 배향 유무를 평가하고, 그 결과를 표 1 내지 2 및 도 5 내지 6에 나타내었다. 구체적으로, 액정 셀에 대하여 NDH5000SP 측정 장비를 이용하여 약 400 nm 내지 650 nm 범위 내의 광에 대한 정면에서 전체 투과율을 측정하였다. 광 투과율이 50% 이상인 경우 수직 배향된 상태로 평가하였다.
농도
(중량%)		 Mayer
bar		 두께
(nm)		 Cell 투과율
(%)		 수직 배향
여부
실시예 1 2 2번 50 65 O
비교예 1 5 2번 278 40 X
비교예 2 7 2번 342 42 X
비교예 4 - - - 35 X
농도
(중량%)		 Mayer
bar		 두께
(nm)		 Cell 투과율
(%)		 수직 배향
여부
실시예 1 2 2번 50 65 O
실시예 2 2 3번 100 63 O
비교예 3 2 5번 260 43 X
비교예 4 - - - 35 X
10, 10A, 10B: 수직 배향막
101: 광 경화성 액정 화합물의 광경화층
102: 기재
201: 액정층
202A, 202B: 기판
203A, 203B: 전극층

Claims (22)

  1. 광 경화성 액정 화합물을 광 경화된 상태로 포함하고, 두께가 10 nm 내지 250 nm 범위 내인 수직 배향막으로서,
    광 경화성 액정 화합물은 일 관능성 모노머 성분 및 상기 일 관능성 모노머 성분 100 중량부 대비 40 중량부 내지 900 중량부 범위 내의 다 관능성 모노머 성분을 포함하며,
    다 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 수직 배향막:
    [화학식 2]
    Figure 112019020996055-pat00020

    상기 화학식 2에서
    A 및 A'는 각각 독립적으로 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
    B는 페닐렌기 또는 싸이클로헥실렌기이며,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    광 경화성 액정 화합물의 광축은 수직 배향막 평면에 대하여 75 내지 90도 범위 내의 경사각을 이루는 수직 배향막.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    일 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수직 배향막:
    [화학식 1]
    Figure 112019020996055-pat00010

    상기 화학식 1에서
    A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
    X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며,
    Y는 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기, 알콕시기 또는 -O-Q이되, 상기에서 Q는 플루오르 알킬기, 시아노기 치환 알킬기 또는 알케닐기이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
    Z는 수소 또는 메틸기이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    일 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 1A로 표시되는 화합물을 전체 일 관능성 모노머 성분 중량 대비40 중량% 이상 내지 80 중량% 미만의 비율로 포함하는 수직 배향막:
    [화학식 1A]
    Figure 112019020996055-pat00011

    상기 화학식 1에서
    A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
    X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며,
    Y는 탄소수 2 이상의 알킬기이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
    Z는 수소 또는 메틸기이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 일 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 1B로 표시되는 화합물을 전체 일 관능성 모노머 성분 중량 대비 10 중량% 이상 내지 60 중량% 미만의 비율로 포함하는 수직 배향막:
    [화학식 1B]
    Figure 112019020996055-pat00012

    상기 화학식 1에서
    A는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
    X는 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이며,
    Y는 시아노기이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
    Z는 수소 또는 메틸기이다.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 수직 배향막은 기재를 추가로 포함하고, 광 경화성 액정 화합물은 상기 기재 상에 광 경화된 상태로 존재하는 수직 배향막.
  9. 제 8 항에 있어서, 기재는 유리 기재 또는 플라스틱 필름 기재인 수직 배향막.
  10. 기재 상에 마련된 광 경화성 액정 화합물의 농도가 1 중량% 이상 내지 5 중량% 미만인 수직 배향막 조성물의 층을 광 경화하는 것을 포함하는 수직 배향막의 제조 방법으로서,
    광 경화성 액정 화합물은 일 관능성 모노머 성분 및 상기 일 관능성 모노머 성분 100 중량부 대비 40 중량부 내지 900 중량부 범위 내의 다 관능성 모노머 성분을 포함하며,
    다 관능성 모노머 성분은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 수직 배향막의 제조 방법:
    [화학식 2]
    Figure 112019020996055-pat00021

    상기 화학식 2에서
    A 및 A'는 각각 독립적으로 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알콕실렌기, -COO-, -OCO- 또는 -O-이고,
    B는 페닐렌기 또는 싸이클로헥실렌기이며,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 단일결합, 알킬렌기 또는 알콕실렌기이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기, 알킬기 또는 알콕시기이며,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이다.
  11. 제 10 항에 있어서, 수직 배향막 조성물은 잔부 용매를 포함하는 수직 배향막의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 잔부 용매는 유기 용매인 수직 배향막의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 수직 배향막 조성물은 광 개시제를 추가로 포함하는 수직 배향막의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 광 개시제는 광 경화성 액정 화합물 100 중량부 대비 1 중량부 내지 5 중량부 비율로 포함되는 수직 배향막의 제조 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 광 경화 전에 수직 배향막 조성물의 층을 100 ℃ 이하의 온도에서 2분 이내의 시간 동안 건조하는 것을 추가로 포함하는 수직 배향막의 제조 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 광 경화는 수직 배향막 조성물의 층에 100 mJ/cm2 내지 1 J/cm2 범위 내의 세기로 자외선을 조사하는 것에 의하여 수행하는 수직 배향막의 제조 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 수직 배향막 조성물 층의 광 경화 후 두께는 10 nm 이상 내지 250 nm 미만의 범위 내인 수직 배향막의 제조 방법.
  18. 대향 배치된 2개의 제 1 항의 수직 배향막; 및 상기 2개의 수직 배향막 사이에 존재하고 초기 상태에서 수직 배향된 상태로 존재하는 제 2 액정 화합물을 포함하는 액정층을 가지는 광학 소자.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 2 액정 화합물은 배향이 스위칭 가능한 상태로 존재하는 광학 소자.
  20. 제 18 항에 있어서, 액정층은 폴리머 네트워크를 추가로 포함하고, 제 2 액정 화합물은 폴리머 네트워크 내에 분산된 상태로 존재하는 광학 소자.
  21. 제 18 항에 있어서, 액정층은 이색성 염료를 추가로 포함하는 광학 소자.
  22. 제 18 항의 광학 소자를 포함하는 스마트 윈도우.
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