KR20020063988A - 광시야각 보상필름용 중합체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 정보통신기기 등에 사용되는 TFT-LCD용의 광시야각 보상필름용 중합체의 제조방법에 관한 것으로서, 새로운 형태의 판자모양을 기본 단위로 한 중합체를 제공하여 광시야각의 특성을 지닌 고품질의 보상필름의 재료를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 소수성 알킬사슬을 유연사슬로 지닌 ABA 형태의 코일-로드-코일 형태의 디올 화합물인 화학식 1의 화합물과 -OH기와 축합반응할 수 있는 2개의 작용기를 지닌 화학식 2의 알킬 화합물을 중출합 반응시켜 얻어지는 판자형의 중합체의 제조법을 개시하며, 이와 같은 방법에 의해 얻어진 중합체를 사용해 TFT-LCD용의 보상필름을 제조하는 경우 광시야각을 지닌 고품질의 특성을 얻을 수 있다.

Description

광시야각 보상필름용 중합체 제조방법{Producing method of polymer for compensation film having wide viewing angle}

본 발명은 TFT-LCD용으로 사용되는 광시야각 보상필름의 재료로 사용되는 중합체에 관한 것으로서, 특히 새로운 형태의 판자모양을 기본 단위로 한 이축성 보상필름용 중합체의 제조방법에 관한 것이다.

최근 이동성이 요구되는 개인용 정보통신기기 및 단말기와 같은 정보통신

기기 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 무게가 가볍고 저소비전력형 디스플레이에대한 수요가 기하급수적으로 증가하고 있다. LCD는 무게가 가볍고 얇은 디스플레이 특성을 나타내고 소비전력이 적기 때문에 이와 같은 휴대용 정보통신기기에 많이 응용되고 있다. 더욱 TFT-LCD는 우수한 표시품질 때문에 거의 모든 표시요구조건을 만족시키며 스위칭 속도가 빨라 주로 대화면용과 고화질용으로 많이 사용되고 있다. TFT-LCD는 Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display의 약어로 전자팔목시계ㆍ전자계산기 및 기타 문자도형표시장치 등에 사용되는 액정표시를 말한다. 이와 같은 TFT-LCD는 CRT에 비해 시인성이 우수하고, 평균소비전력은 같은 화면 크기의 CRT에 비하면 30∼40%정도이며 발열량도 작다.

TFT를 구동하는 TN형 액정 디스플레이는 정세도가 높고 풀 칼라(full color) 동화상 표시도 가능하다는 특징을 가지기 때문에 P/C 워크스테이숀, 액정TV 등에 폭넓게 이용되고 있다.그러나 다른 액정 디스플레이와 마찬가지로 시야각의 의존성 즉, 보는 방향이나 각도에 따라 보다 색이나 밝기등이 변화한다고 하는 결점이 있다. 이것은 특히 풀 칼라표시일 때 보다 현저하게 나타난다. 또 표시화면이 크게 됨에 따라서도 시야각이 좁아진다고 하는 것이 커다란 문제가 된다. 기존의 CRT장치의 시야각이 거의 180°에 달하는 것에 비해 시야각 보정이 되지 않은 TFT-LCD의 경우 ±50°밖에 되지 않는다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 TFT-LCD 액정막의 앞과 뒤에 위상 보정막을 두어 시야각을 넓히게 된다. 이를 개선하는 방법은 LCD의 액정셀 내부에서 화소를 분할하여 배향을 제어하는 멀티도메인 방법과, 전압을 제어하는 방법, 광학보상필름 사용법 등이 알려져 있다.

조금 더 자세히 말해, 액정 디스플레이에는 보는 방향이나 각도에 따라 화면색이나 밝기가 변화하는 시각의존성이라고 하는 문제가 생긴다. 이는 좌, 우 방향에서 본 경우는 정면에서 보여지는 화상과 그다지 변화가 없다. 그러나, 상 방향에서 보았을 경우는 화면전체가 흰 빛을 띄어 밝게 보이나 하 방향에서 볼 경우 화면전체가 어둡게 보이며, 화상의 검은 부분의 명암이 반전되어 보이는 현상이 나타난다. 액정 판넬을 만드는 방법에 따라서 이들 상,하,좌,우의 관계는 변화될 수 있으나 통상은 이와 같이 좌우 방향으로 넓은 시야각이 되도록 설계되는 것이 많다. 시야각 특성이 생기는 원인을 도 1에 나타내었다.

도 1은 중가조 표시의 전압이 인가되고 액정분자가 서서히 일어서는 상태에 있어서 TN 셀(cell)의 단면구조를 모식적으로 나타낸 것이다. 이 셀을 통과하는 중앙선 및 A, B 방향의 빛은 액정분자와 교차하는 각도가 각기 틀리다. 액정에는 굴절율 이방성이 있기 때문에 각 방향의 빛이 받아들이는 굴절율 성분의 차가 생긴다. 이것이 시각특성의 발생 원인이 된다. 실제로 액정층 내부에는 셀 중앙부근과 배향막 근방에서는 틸트(tilt)각이 틀리고 셀의 두께방향을 축으로 하여 액정분자가 90°뒤틀어져 있다. 이들에 의해 액정층을 투과하는 빛은 그 방향이나 각도에 따라 여러 가지 복굴절 효과를 가지며 복잡한 시각의존성을 나타나게 된다.

TFT액정 디스플레이의 칼라 표시는 칼라필터의 적, 녹, 청 각색에 대응하는 액정 셀의 투과율, 즉 단도의 조합으로써 행하여진다. 멀티칼라표시 즉 단조수가 적을 때에는 단조간의 간격이 크므로 T-V(투과율-전압)특성의 포화영역 또는 그 근방까지 표시를 행하게 할 수 있다. 이 영역에는 시각의존성이 적으며, 그 때문에 이와 같은 부분이 화면에 많이 포함되게 되면 화면전체의 평균적인 시각특성은 더욱 양호한 것이 된다. 한편 풀 칼라 표시에서는 단조간의 간격이 작게되므로 시각특성에 뛰어난 포화영역을 사용할 수가 없다. 그 때문에 시각의존성이 멀티칼라 표시에 비해 크게 된다. 또한 T-V 특성의 검은 부분도 표시화상의 일부분이 되며 명암 반전현상이 더욱 강하게 느껴지게 된다. 멀티칼라에 대하여 풀 칼라표시로 시야각이 좁아지는 이유는 이러한 현상 때문이다.

액정 판넬에서 시야각 의존성이 생기는 것은 앞에서 말한 바와 같이 판넬에 대하여 경사로 입사하는 빛의 받아들임 복굴절 효과가 수직으로 입사할 때와 틀리기 때문이다. 따라서 복굴절 효과의 크기가 입사각으로 변화하는 광학소자를 액정 판넬에 중첩하여 보상할 수가 있다. 즉, 보상필름이 반대의 복굴절율을 가지고 있으면서 TN-LCD 액정처럼 같은 배열 구조를 가지고 있다면 모든 방향으로 빛의 누출을 최소로 하고, 높은 휘도를 가지는 넓은 광시야각 특성을 가지도록 할 수 있을 것이다. TN-LCD의 온-스테이트(on-state)에서, TN 액정의 방향은 직각 방향에서 점차적으로 변하는 기울어진 각도이다. 반면에 기판 근처의 디렉토(director)는 거의 기판과 평행하고, 구조의 가운데는 거의 기판에 수직이다. 양의 복굴절을 가지는 각각의 잘려진 액정층은 기울어진 광학축을 가진 대응하는 음의 복굴절의 박막에 의해 보상될 수 있다. TN액정 층의 무한한 쌓임은 대응하는 음의 복굴절 층의 무한한 쌓임에 의해 보상될 수 있다. 두 개의 보상필름에 의해 샌드위치 되는 TN-LCD는 대칭적으로 넓은 광시야각 특성을 나타내게 된다. 이러한 광학소자로써 위상차(retardation)필름이 제안되어 있다. 위상차 필름 가운데서 연신 필름이 있는데, 이것은 폴리 비닐 알콜 등의 고분자막을 한쪽 방향으로 당겨 늘린 것이다. 그렇게 함으로써 막내에서 분자배열에 방향성이 생기고 늘려 당긴 방향과 그에 수직방향에서 굴절율의 차가 생긴다. 같은 특성을 가진 1축 연신 필름을 2매 준비하고 늘려 당긴 축이 서로 수직이 되도록 중합시킨다. 이와 같이 직교배치 위상차 필름의 특성을 보면 수직으로 입사한 빛에 대하여는 2매의 필름이 서로 위상차를 없애 맞아 있기 때문에 복굴절 작용을 보이지 않는다.

그러나, 경사로 비스듬하게 입사하는 빛에 대하여는 각축에 굴절율 투명성분이 작용하게 된다. 그 때문에 입사각에 따른 복굴절차가 틀려지게 된다. 이와 같은 특성을 가진 직교배치 위상자 필름을 액정 판넬과 조합시켜 빛을 통과시키면, 우선 수직으로 입사한 빛은 위상차 필름에 대하여서도 수직으로 입사하기 때문에 어떠한 복굴절 작용도 받지 않고 그대로의 편광상태로 편광판 방향으로 나온다. 그러나 경사로 입사하는 빛에 대하여는 그 입사각도에 따라 복굴절의 값이 다르기 때문에 편광상태에 변화가 생긴다. 그래서 미리 위상차 필름의 복굴절치를 액정의 각도 의존성을 보상하는 방향으로 설정하여 두면 액정 판넬의 시각의존성은 경감될 수 있게 된다. 또한 컴퓨터 시뮬레이숀이나 실험등에 의해 각 필름의 복굴절 크기나 필름간에 서로 이루어지는 각도, 러빙(rubbing) 방향이나 편광판간의 각도 관계의 최적화 등을 꾀하며, 상하, 좌우 방향간의 복굴절 차의 보상도 포함하여 행할 수 있다.

따라서 광학적 이축성을 나타내는 보상필름을 통해 시야각 특성을 개선시키려는 노력이 구미선진국 및 일본에서 집중적으로 이루어지고 있다. 현재 보상필름으로서 상용화가 이루어지고 있는 이축성 필름은 디스크형 분자에서 나타나는 디스코틱 네마틱 응집을 광중합을 통해 고정시킨 형태의 재료가 대부분이다. 그러나, 이 경우 디스크형 분자의 분자축 대 지름의 비율이 한정되어 있기 때문에 광시야각을 실현시킬 수 있는 고이축성 특성을 나타내기에는 한계가 있는 실정이다.

본 발명은 고이축성 특성의 광시야각 보상필름용재료를 제공하는 것을 그 목적으로 한 것으로서, 특히 새로운 형태의 판자모양을 기본단위로 한 액정중합체를 제조하여 고품질의 보상필름용 재료로 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.

도 1은 TN 셀의 단면구조.

도 2는 판자형태의 중합체 모형도.

본 발명은 하기 화학식 1의 화합물과 하기 화학식 2의 화합물을 중축합 반응시키는 것을 특징으로 하는 TFT-LCD용 광시야각 보상필름용 중합체 제조방법에 관한 것이다.

〈화학식 1〉

(상기식에서 n은 4∼20의 정수임)

〈화학식 2〉

X(CH₂)mX

(상기식에서 m은 2∼10의 정수이고, X는 아실할라이드기, 카르복실기와 같이 -OH기와 중축합 반응을 일으킬 수 있는 작용기임)

이하에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

이미 잘 알려져 있는 바와 같이 쌍극자 인력, 반데르발스 인력, 소수성 인력등 분자간의 힘은 비등방성을 나타내는 물질세계에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 특히 표시소자장치에서 핵심재료로 사용되는 액정이 외부힘을 응답할 수 있는 원동력은 이와 같은 분자간의 인력 및 분자내부의 극성도와 밀접하게 관련된다. 이러한 이유로 인해 지금까지 알려진 디스크형 액정소재들은 동전처럼 단단하고 원판형태로 되어 있는 유기물질로 구성되어 있으며 일부는 폴리카테나(polycatenar)형 및 파스미딕(phasmidic), 하프파스미딕(half phasmidic)형 분자로 되어 있는 물질들이 디스크형 액정상을 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 디스크형의 분자를 이용한 이축성 필름의 경우 광시야각을 실현시킬 수 있는 이축성 특성에 한계가 있기 때문에 본 발명에서는 기존의 보상필름과는 다른 형태인 도 2와 같은 판자형의 중합체를 기본단위로 한 독특하고 획기적인 이축성 보상필름용 중합체의 제조방법을 제안하였다.

본 발명에서 사용되는 화학식 1의 화합물은 소수성 알킬사슬을 유연사슬로 지닌 ABA 형태의 코일-로드-코일 형태의 디올 화합물로서, 이를 반복단위로 하여 중합체 제조시 판자형의 중합체가 얻어지게 되는데, 이러한 화학식 1의 화합물을 제조하는 일방법을 하기 화학반응식 3에 나타내었다.

〈화학반응식 3〉

본 발명에서는 화학식 1의 화합물을 화학식 2의 화합물과 중축합 반응시켜 얻어진 중합체를 보상필름재로 사용하는데, 화학식 2의 화합물은 화학식 1의 화합물의 반응기인 -OH기와 축합반응을 일으킬 수 있는 작용기를 2개 지닌 탄소수 2∼10개 범위의 알킬화합물로서, -OH기와 축합반응이 가능한 작용기로 대표적인 것으로는 카르복실기(-COOH)와 아실할라이드기(-COCl등) 있으며, 이때 화학식 2와 화합물은 연결부위의 알킬사슬의 길이를 2∼10범위에서 다르게 사용해 공간을 조절함으로서 얻어지는 중합체 물성을 조절할 수 있다. 이 경우 중축합 반응시 중축합 촉매와 같은 첨가제를 소량 첨가하는 것도 가능하다.

이와 같이 화학식 1 화합물과 화학식 2 화합물을 중축합시켜 판자형의 중합체를 얻는 개략 공정을 하기 화학 반응식 4에 나타내었다.

〈화학반응식 4〉

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

플라스크에 화학식 1의 화합물(n=11)2.0g (2.6 mmol)을 넣은 후 감압하에서 물중탕으로 가열하면서 12시간동안 건조시킨 후 질소기류하에서 무수 사염화탄소를 주시기로 20㎖를 넣고 실온에서 교반시켰다. 반응 용액에 무수 Et₃N 5㎖을 넣고 30분동안 환류시켰다. 용매의 온도를 50℃ 정도로 내리고 나서, 마이크로 주사기를 사용하여 세바코일 클로라이드(sebacoyl chloride)0.62g (2.6 mmol)를 서서히 적가하였다. 이 반응 용액을 70℃ 에서 3일동안 교반하였다. 이 용액을 감압 증류한 후, 에틸 아세테이트에 녹여 1시간동안 교반한 후, 고체를 걸러내고 감압 증류하였다. 이 고체를 메틸렌 클로라이드에 녹인 후 메탄올을 이용하여 침전시키는 과정을 여러번 반복하여 갈색 왁스형태의 고체 1.2g을 얻었다. 얻어진 중합체를 GPC를 이용해 분자량을 측정한 결과 수평균 분자량이 11145g/mol, 중량평균분자량이 15290g/mol로 나타났다.

상기와 같이 본 발명에 따라 얻어진 판상의 중합체를 사용해 TFT-LCD용의 이축성 보상필름을 제조하는 경우 고 이축성 특성을 얻을 수 있어 종래의 보상필름에 비해 광시야각을 실현시킬 수 있는 등의 유용성을 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 하기 화학식 1의 화합물과 하기 화학식 2의 화합물을 중축합 반응시키는 것을 특징으로 하는 광시야각 보상필름재용 중합체 제조방법.

   〈화학식 1〉

   (상기식에서 n은 4∼20의 정수임)

   〈화학식 2〉

   X(CH₂)mX

   (상기식에서 m은 2∼10의 정수이고, X는 아실할라이드기, 카르복실기와 같이 -OH기와 중축합 반응을 일으킬 수 있는 작용기임)
2. 제 1항에 있어서, 아실할라이드기는 아실클로라이드기임을 특징으로 하는 광시야각 보상필름용 중합체 제조방법.