KR20010065714A - 배향막을 이용한 수직배향 액정필름 및 그 제조방법 - Google Patents

배향막을 이용한 수직배향 액정필름 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새로운 배향막을 사용하여 플라스틱 기판위에 경화성 네마틱 액정 물질을 수직 배향시킨 후 광조사에 의해 수직배향된 액정필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, PET와 같은 플라스틱 기판 위에도 도포가 가능한 광배향물질을 이용하고, 상기 광배향물질을 기판 위에 박막도포한 다음 광조사 처리하여 수직배향성을 부여하였고, 이 위에 경화성 네마틱 액정물질을 박막도포하여 수직배향 시킨 후 광조사에 의해 경화시켜 수직배향 액정필름을 제조한 것을 특징으로 한다.

Description

배향막을 이용한 수직배향 액정필름 및 그 제조방법{PROCESS FOR THE HOMEOTROPIC ALIGNED LIQUID CRYSTAL FILM USING ALIGNMENT LAYER}
본 발명은 새로운 배향막을 이용하여 플라스틱 기판위에 경화성 네마틱 액정 물질을 수직 배향시킨 후 광조사에 의해 수직배향된 액정필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 LCD는 대형화 추세에 있으며. 대형 LCD에서는 작동 모드(mode)에 따라 시야각 특성을 개선시키는 보상필름이 필수적으로 요구되고 있으며, 정복굴절 특성을 나타내는 수직배향 필름이 이용될 수 있다.
일반적으로 수직배향(homeotropic) 필름은 네마틱 액정을 수직배향시킴으로써 제조가 가능하며, 정복굴절(positive birefringence) 특성을 나타내므로 LCD의 시야각 특성을 개선시키는 보상필름이나 광성분(optical component)으로서 이용할 수 있다.
지금까지는 네마틱액정을 수직배향시키기 위해서는 ITO(Indium Tin Oxide)가 코팅된 유리셀(glass cell)에 액정을 주입시키고 전기장이나 자기장을 부여하는 방법을 이용하였다.
종래의 방법으로서는 (J. Appl. Rhys, 81, 1962(1997), Appl. Phys. Lett, 73, 479(1998), Appl. Phys. Lett, 68, 2819(1996), Appl. Phys. Lett, 22, 386(1973)에 수직배향 필름의 제조방법에 대해 기술하고 있다.
종래의 기술에 의하면 ITO가 도포된 유리사이에 네마틱 액정 물질을 주입한 후, 전기장을 부여하여 수직배향을 시키거나, 레시틴(lecithin), DMOAP(dimethyl-octadecyl-3-aminopropyl trimethoxy-silyl chloride) 등과 같은 배향물질을 유리 위에 스핀코팅(spin coating) 등의 방법을 사용하여 박막 도포한 후 네마틱 액정물질을 이 위에 도포하여 수직배향을 구현하였다.
그러나 상기와 같이 ITO가 도포된 유리를 이용하는 방법은 다음과 같은 여러가지 문제점을 지니고 있다.
첫째, 대면적필름을 제조하기 어렵다.
둘째, 유리에 ITO를 코팅하고 두께조절을 위한 스페이서(spacer)를 분산시켜
유리를 합착한 후 액정을 주입해야 하는 등 공정이 복잡하다.
셋째, 사용하는 액정물질의 점성도가 높은 경우에는 주입이 어려워 사용하기
어렵다.
따라서 상기와 같은 방법으로는 두께 균일성이 확보된 대면적 필름을 제조하는 것은 불가능하다.
한편 상기의 레시틴이나 DMOAP와 같은 배향물질은 극성을 갖는 말단 관능기가 유리 표면에 위치하고 길이가 긴 알킬(alkyl) 관능기가 유리 표면에 수직으로 배함됨으로써 이 위에 도포되는 네마틱 액정을 수직배향시키는 것으로 알려져 있다. 따라서 기판이 유리가 아닌 PET(polyethylene terephthalate)와 같은 플라스틱인 경우에는 적용할 수 없으므로 연속공정에 의해 대면적 필름을 제조할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 새로운 배향막을 사용하여 경화성 네마틱 액정을 수직배향 시킨 후 광조사에 의해 배향상태를 고정시켜 수직배향된 필름 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 PET와 같은 플라스틱 기판 위에도 도포가 가능한 광배향물질을 이용했다. 광배향물질을 기판 위에 박막도포한 다음 광조사 처리하여 수직배향성을 부여하였고, 이 위에 경화성 네마틱 액정물질을 박막도포하여 수직배향 시킨 후 광조사에 의해 경화시켜 수직배향 액정필름을 제조했다.
광배향법은 액정의 배향방향과 프리틸트각도를 자유롭게 조절할 수 있는 차세대 배향방법이다.
상기 광배향법은 광물질이 도포된 기판에 선편광된(linearly polarized) UV를 조사하여 배향막에 배향력을 부여하는 방법이다. 이 때 배향방향은 조사된 UV의 입사방향에 의해, 프리틸트 각은 조사 에너지에 의해 달라진다.
그러나 본 발명에서는 수직배향된 액정필름을 제조하는 것이 목적이기 때문에. 코팅된 배향막에 선편광된 UV를 조사하지 않고 비편광된 UV를 조사하거나 UV 조사 없이 사용했다.
본 발명에 사용된 광배향막은 고분자 물질로서 탄소-탄소-삼중결합(carbon-carbon triple bond) 또는 탄소-탄소 이중결합(carbon-carbon double bond)을 광반응 관능기로서 가지고 있다. 이 때 고분자 주사슬로서는 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리메타크릴레이트 (polymethacrylate), 폴리사카라이드(polysaccharide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 등을 사용하며, 고분자 주사슬과 광반응부는 에스테르(ester) 또는 에테르(ether) 결합으로 연결되어 있다.
광반응부는 탄소-탄소 삼중결합을 포함하고, 하나 혹은 두 개의 벤젠고리를 가지며, 이 벤젠고리에 H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, OCnH2n+1의 치환기를 함유한다.
본 발명에 사용된 광배향막의 실시예로서 다음과 같은 구조를 들 수 있다.
여기서 P1은 폴리사카라이드 또는 폴리비닐알코올이고, P2는 폴리아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트이며, P3는 폴리실록산이다.
X, Y, Z는 H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1(n=1∼7), OCnH2n+1(n=1∼7)이고, k=0∼1 이며, m=0∼7 이다.
상기와 같은 배향물질을 MEK(Methyl Ethyl Ketone), THF(TetraHydroFuran), 톨루엔 등의 유기용제에 녹여 용액을 제조한 다음, 이 용액을 PET (polyethyleneterephtalate), PC(polycarbonate), TAC(triacetylcellulose)와 같은 플라스틱 필름위에 롤코팅(roll coating) 방법에 의해 박막도포했다.
도포된 필름을 건조기를 통과시켜 용제를 제거한 다음, UV조사기를 이용하여 조사시키거나 광조사 없이 건조과정만을 거친 후 되감는다.
상기와 같이 광배향막이 도포된 필름위에 경화성 네마틱 액정을 MEK, THF, 톨루엔 등의 유기 용제에 녹인 용액을 폴코팅방법에 의해 박막 도포했다.
도포된 필름이 건조기를 통과하면 용제가 제거됨과 동시에 네마틱 액정이 수직배향하게 된다. 건조기에서 나온 필름을 UV조사기로 광조사하여 경화반응을 진행시켜 수직배향된 상태를 고정시킴으로서 수직배향된 필름을 제조했다.
제조된 액정필름의 수직배향 여부는 굴절률 측정에 의해 확인할 수 있었고, 액정필름의 두께는 코팅용액 제조 시의 농도, 코팅속도 등을 조절함으로써 1∼20㎛까지 조절할 수 있었다.
[제 1 실시예]
우선 광배향물질을 합성했다. 그 구조는 상기 그림에 나타나 있으며, P1으로서는 폴리사카라이드를 사용하고, 탄소-탄소 이중결합을 광반응부로 가지며, m과 k는 0, X는 OC5H11, Y는 H의 구조를 갖는 관능기를 사용했다.
상기 배향물질을 MEK에 2wt%의 농도를 갖도록 용액을 제조했다.
상기 용액을 롤코팅방법에 의해 PET필름 위에 도포했다.
도포 후 건조기에서 용제를 건조시킨 후 UV광조사를 했다. 이 때 건조 조건은 75℃이었고, UV광조사는 300W(중심파장 360㎚) 램프를 사용했다.
이와 같이 형성된 광배향막이 도포된 필름위에 네마틱 액정물질을 도포했다.
상기 네마틱 액정물질로서는 경화성 네마틱 액정물질(BASF사)을 사용했다.
먼저 MEK에 경화성 네마틱 액정물질과 광개시제(IG 184, Ciba-Geigy)를 녹여 용액을 제조했다. 용액의 농도는 40wt% 이고, 상기 광개시제의 함량은 5wt% 이었다.
이와 같이 제조된 용액을 롤코팅방법에 의해 광배향막이 도포된 PET필름 위에 박막도포했고, 그 후 건조기에서 용제를 건조 제거하여 네마틱 액정물질을 수직 배향시킨 후 UV광조사에 의해 중합을 진행시켜 수직배향 상태를 고정시킴으로써 필름을 제조했다. 이 때 건조 조건은 80℃ 이었으며, UV광조사는 300W(중심파장 360㎚) 램프를 사용했다.
상기와 같이 제조된 수직배향 네마틱 액정필름의 두께는 4㎛ 이었으며, 또한 굴절률 측정을 통해 Nx=Ny=1. 535, Nz=1. 668의 결과를 얻었으며, 이로부터 수직배향된 액정필름이 제조되었음을 확인하였다.
[제 2 실시예]
우선 광배향물질을 합성했다. 그 구조는 상기 그림에 나타나 있으며, P3으로서는 폴리실록산을 사용하고, 탄소-탄소 삼중결합을 광반응부로 가지며, m은 1, k는 0, X는 OC5H11, Y는 H의 구조를 갖는 관능기를 사용했다.
상기 배향물질을 MEK에 2wt%의 농도를 갖도록 용액을 제조했다.
상기 용액을 롤코팅방법에 의해 PET필름 위에 도포했다.
도포 후 건조기에서 용제를 건조하여 제거했다.
이 때 건조 조건은 75℃이었고, UV광조사는 실시하지 않았다.
이와 같이 형성된 광배향막이 도포된 필름위에 네마틱 액정물질을 도포했다.
상기 네마틱 액정물질로서는 경화성 네마틱 액정물질(BASF사)을 사용했다.
먼저 MEK에 경화성 네마틱 액정물질과 광개시제(IG 184, Ciba-Geigy)를 녹여 용액을 제조했다. 용액의 농도는 35wt% 이고, 상기 광개시제의 함량은 5wt% 이었다.
이와 같이 제조된 용액을 롤코팅방법에 의해 광배향막이 도포된 PET필름 위에 박막도포했고, 그 후 건조기에서 용제를 건조 제거하여 네마틱 액정물질을 수직 배향시킨 후 UV광조사에 의해 중합을 진행시켜 수직배향 상태를 고정시킴으로써 필름을 제조했다. 이 때 건조 조건은 80℃ 이었으며, UV광조사는 300W(중심파장 360㎚) 램프를 사용했다.
상기와 같이 제조된 수직배향 네마틱 액정필름의 두께는 3. 7㎛ 이었으며, 또한 굴절률 측정을 통해 Nx=Ny=1. 538, Nz=1. 652의 결과를 얻었으며, 이로부터 수직배향된 액정필름이 제조되었음을 확인하였다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 종래와는 달리 유리 기판 뿐만 아니라 플라스틱 기판위에도 도포가 가능한 광배향물질을 이용함으로써 연속 공정에 의해 두께 균일성이 확보된 수직배향 액정필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 네마틱 액정을 수직배향시키는 감광성 고분자 배향막을 사용하여 액정을 수직배향시키는 방법에 의해 정복굴절 특성을 갖도록 제조된 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 고분자 주사슬이 폴리사카라이드인 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 고분자 주사슬이 폴리비닐알코올인 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 고분자 주사슬이 폴리아클릴레이트인 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 고분자 주사슬이 폴리메타크릴레이트인 것을특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 고분자 주사슬이 폴리실록산인 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 광반응부와 고분자 주사슬이 에테르 결합으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 고분자 배향막의 광반응부와 고분자 주사슬이 에스테르 결합으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름.
  9. 수직배향 액정필름의 제조시 기판으로서 플라스틱 시트나 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름의 제조방법.
  10. 수직배향 액정필름의 제조시 경화성 네마틱 액정을 사용하는 것을 특징으로 하는 배향막을 이용한 수직배향 액정필름의 제조방법.
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