KR19980048361A

KR19980048361A - 광배향성 조성물, 이로부터 형성되는 배향막과 이 배향막을 구비한 액정표시소자

Info

Publication number: KR19980048361A
Application number: KR1019960066931A
Authority: KR
Inventors: 유한성; 채병훈
Original assignee: 손욱; 삼성전관 주식회사
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-09-15
Also published as: US6005038A; JPH10239688A; MX9710154A

Abstract

본 발명에는 광배향성 조성물 및 이로부터 형성됨으로써 열적 안정성이 우수한 배향막 및 이를 구비하고 있는 액정표시소자가 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 비파괴적인 광배향법을 적용할 수 있으면서도 열적 안정성이 크게 향상된 광배향성 조성물과 배향막을 얻을 수 있으며, 이에 따라 성능이 향상된 액정표시소자를 얻을 수 있다.

Description

광배향성 조성물, 이로부터 형성되는 배향막과 이 배향막을 구비한 액정표시소자

본 발명은 광배향성 조성물, 이로부터 형성되는 배향막과 이 배향막을 구비하고 있는 액정표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다관능성 신나메이트 화합물을 포함하는 광배향성 조성물 및 이를 이용하여 제조됨으로써 가교밀도가 증가되어 열적 안정성이 우수한 광배향막 및 이 광배향막을 구비하고 있는 액정표시소자에 관한 것이다.

일반적으로 액정 (liquid crystal)이란 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비한 액체와 고체의 중간적 성질을 갖는 물질로서, 전계 또는 열에 의해 그 광학적 이방성이 변화될 수 있다. 이러한 성질을 이용한 것이 액정표시소자 (LCD:Liquid Crystal Display)로서, 도 1에는 일반적인 액정표시소자의 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조해 보면, 유리등으로 된 상하, 한 쌍의 투명기판(2,2')의 상부에 ITO 등으로 투명전극(3,3')이 형성되어 있고, 상기 투명전극(3,3')의 상부에는 절연층(4,4')과 액정의 배향을 위한 배향막(5,5')이 차례로 형성되어 있으며, 상기 배향막(5,5') 사이에 스페이서(6)가 셀갭을 유지하고 있으며, 이 셀갭에 액정물질이 주입되어 액정층(7)을 이루고 있다. 상기 기판(2,2')의 바깥쪽에는 입사광 및 투과광의 편광을 위한 편광판(1,1')이 구비되어 있다.

액정표시소자의 성능을 좌우하는 요소 중의 하나는 액정의 적절한 배향이며, 액정의 적절한 배향을 위해 일반적으로 배향막이 이용되며, 그 중에서도 종래에는 폴리머의 러빙에 의해 형성된 배향막이 주로 이용되었다. 그러나, 러빙방법에 의하면 러빙천과 배향막과의 기계적인 접촉에 의해 먼지나 정전기가 발생되는 문제가 있었다.

따라서, 러빙으로 인한 문제를 해결하기 위해 광배향기술이 개발되었는데, 이 방법은 비파괴적인 배향방법으로서 편광된 빛이 광중합성 배향막에 조사되면 비등방성 광중합이 일어나 액정분자가 균일하게 배향된다.

광중합성 배향막 재료로는 PVCN(poly(vinyl cinnamate))과 PVMC (poly(vinyl methoxycinnamate))과 같은 폴리신나메이트계의 폴리머가 주로 이용되었으나, 이러한 고분자는 광배향성은 매우 우수하지만 열적 안정성이 떨어진다는 문제가 있었다. 즉, 배향막의 열적 안정성은 고분자의 열적 안정성에 의존하는데 이는 폴리머의 유리전이온도와 가교밀도에 의존한다. 폴리신나메이트계의 폴리머는 유리전이온도가 통상 100℃ 이하이고 고체상태에서 50% 이상 광반응시키기가 어려워서 가교밀도를 증가시키는 데에는 한계가 있으므로 배향막의 열적 안정성이 떨어진다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 열적 안정성이 우수한 광배향성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 다른 목적과 또 다른 목적은 상기와 같은 광배향성 조성물로부터 만들어지는 배향막과, 이러한 배향막을 구비하고 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1'... 편광판 2,2'... 기판

3,3'... 전극 4,4'... 절연층

5,5'... 배향막 6... 스페이서

7... 액정층

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 목적은 다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하는 배향막에 의해 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은 다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하는 배향막을 구비한 액정표시소자에 의해 달성된다.

상기 다관능성 신나메이트 화합물은 신나메이트기를 2개 내지 4개 가지고 있는 것이 바람직하며, C2-C6 알킬 디올 디신나메이트, C2-C6 알킬 트리올 트리신나메이트, C2-C6 알킬 테트라올 테트라신나메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것이 바람직하다.

상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 특별히 제한되지는 않지만, 폴리(비닐신나메이트)(PVCi)와 폴리(비닐메톡시신나메이트)(PVMC) 및 신나메이트기를 측쇄에 갖는 폴리이미드 중에서 선택되며, 이들의 중량평균분자량은 5,000 내지 200,000인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머의 혼합비율은 1:9 내지 2:8인 것이 바람직한데, 그 이유는 이 범위에서 열적 안정성과 광배향성이 우수하기 때문이다.

본 발명의 광배향성 조성물, 이를 이용한 배향막 및 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 다관능성 신나메이트 화합물의 예로서 펜타에리스리톨 테트라신나메이트는 테트라하이드로퓨란에 펜타에리스리톨과 신나모일 클로라이드를 혼합한 다음 피리딘을 첨가하여 반응시킴으로써 제조된다. 합성된 다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 혼합한 다음 적절한 용매와 혼합하여 광배향성 조성물을 만든다. 이때, 신나메이트기를 갖는 폴리머로는 PVCi와 PVMC 및 측쇄에 신나메이트기를 갖는 폴리이미드가 이용될 수 있으며, 용매로는 특별히 제한되지는 않으나, 특히 (N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 부틸셀로솔브 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 이 조성물을 유리기판 2장에 각각 코팅한 다음 용매를 건조시켜 배향막을 형성한다. 이어서 선편광을 조사하여 광반응을 실시한 다음 스페이서를 이용하여 일정 갭을 유지한 채 2장의 유리기판을 부착시키고 상기 갭에 액정을 주입함으로써 액정표시소자를 완성한다.

이하, 하기 비제한적인 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

합성예: 다관능성 신나메이트 화합물(펜타에리스리톨 테트라신나메이트)의 합성

100ml의 테트라하이드로퓨란에 13.6g의 펜타에리스리톨과 17g의 신나모일 클로라이드를 혼합한 다음 3g의 피리딘을 첨가하여 상온에서 2시간 반응시킨 다음 60℃에서 1시간 반응시켰다. 반응 후, 실온으로 냉각시킨 후 미반응물과 부생성물인 피리딘염을 제거하고 재결정하여 생성물을 얻었다. 이 생성물의 구조는 NMR, UV, IR, 원소분석법을 이용하여 확인하였다.

실시예 1

상기 합성예에서 합성된 펜타에리스리톨 테트라신나메이트 화합물 0.03g을 10ml의 NMP에 용해하고 여기에 PVCi(Aldrich사) 0.27g을 첨가하여 광배향성 조성물을 제조하였다. 이 조성물을 유리기판 2장에 각각 스핀코팅한 다음 약 100℃에서 약 1시간 NMP를 증발, 제거함으로써 배향막을 형성하였다. 이어서 파장이 313nm인 선편광을 조사하여 5분 정도 광반응을 실시한 다음 스페이서를 이용하여 일정 갭을 유지한 채 2장의 유리기판을 부착시키고 상기 갭에 액정(ZLI 22, Merck사)상품명 및 제조회사명)을 주입함으로써 액정표시소자를 완성하였다.

실시예 2

펜타에리스리톨 테트라신나메이트를 0.06g, PVCi를 0.24g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

실시예 3

펜타에리스리톨 테트라신나메이트를 0.03g, PVCi 대신 PVMC를 0.27g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

실시예 4

펜타에리스리톨 테트라신나메이트를 0.06g, PVCi 대신 PVMC를 0.24g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

실시예 5

펜타에리스리톨 테트라신나메이트를 0.03g, PVCi 대신 측쇄에 신나메이트기를 갖는 폴리이미드를 0.27g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

비교예 1

펜타에리스리톨 테트라신나메이트를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

비교예 2

펜타에리스리톨 테트라신나메이트와 PVCi를 각각 0.09g과 0.21g(비교예 2), 0.12g과 0.18g(비교예 3), 0.15g과 0.15g(비교예 4), 0.18g과 0.12g(비교예 5) 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 완성하였다.

상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 액정표시소자에 대해 배향도와 배향막의 열적 안정성을 측정하였다. 배향도는 편광필름을 통해 관찰하였으며, 열적 안정성은 온도를 올리며 (약 200℃까지) 에이징 후 실온으로 낮춘 다음 다시 편광필름을 통해 배향막의 변성 정도를 관찰하는 식으로 측정하였다.

그 결과, 실시예에 의해 제조된 액정표시소자에 있어서는 배향성이 우수하고, 200℃까지 온도를 증가시킨 경우에도 배향막의 변성이 거의 없을 정도로 열적 안정성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 그러나, 비교예 1에 의해 제조된 액정표시소자의 경우에는 배향성은 우수하나 열적 안정성이 크게 떨어져서 약 80℃부터 배향막이 변성되는 현상이 나타났으며, 비교예 2 내지 5에 의해 제조된 액정표시소자의 경우에는 열적 안정성이 개선되는 효과는 어느 정도 유지되었지만 배향성은 중간 또는 그 이하였다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 비파괴적인 광배향법을 적용할 수 있으면서 열적 안정성 및 배향성이 우수한 광배향성 조성물과 배향막을 얻을 수 있으며, 이에 따라 성능이 향상된 액정표시소자를 얻을 수 있다.

Claims

다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 신나메이트기를 2개 내지 4개 가지고 있는 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물.
제2항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 C2-C6 알킬 디올 디신나메이트, C2-C6 알킬 트리올 트리신나메이트, C2-C6 알킬 테트라올 테트라신나메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 폴리(비닐신나메이트)(PVCi)와 폴리(비닐메톡시신나메이트)(PVMC) 및 신나메이트기를 측쇄에 갖는 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물.
제4항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 중량평균분자량이 5,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 광배향성 조성물.
다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배향막.
제6항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 신나메이트기를 2개 내지 4개 가지고 있는 것을 특징으로 하는 배향막.
제7항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 C2-C6 알킬 디올 디신나메이트, C2-C6 알킬 트리올 트리신나메이트, C2-C6 알킬 테트라올 테트라신나메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 배향막.
제6항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 폴리(비닐신나메이트)(PVCi)와 폴리(비닐메톡시신나메이트)(PVMC) 및 신나메이트기를 측쇄에 갖는 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배향막.
제9항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 중량평균분자량이 5,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 배향막.
다관능성 신나메이트 화합물과 신나메이트기를 갖는 폴리머를 1:9 내지 2:8의 중량비로 포함하고 있는 배향막을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제11항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 신나메이트기를 2개 내지 4개 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제12항에 있어서, 상기 다관능성 신나메이트 화합물은 C2-C6 알킬 디올 디신나메이트, C2-C6 알킬 트리올 트리신나메이트, C2-C6 알킬 테트라올 테트라신나메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제11항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 폴리(비닐신나메이트)(PVCi)와 폴리(비닐메톡시신나메이트)(PVMC) 및 신나메이트기를 측쇄에 갖는 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제14항에 있어서, 상기 신나메이트기를 갖는 폴리머는 중량평균분자량이 5,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.