KR20060123899A

KR20060123899A - 액정배향막용 조성물 및 이를 이용하는 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR20060123899A
Application number: KR1020050045548A
Authority: KR
Inventors: 김경준; 조정호; 이건우; 이병현; 임민영; 정혜원; 전성호; 김헌; 오성준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR100850630B1

Abstract

본 발명은 (a) 하나 이상의 광이방성을 나타내는 광반응기; 및 (b) 2개 이상의 광중합 가능한 (메타)아크릴기 함유 치환기를 포함하는 액정 배향제, 상기 액정 배향제를 포함하는 액정배향막용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 제조된 액정배향막을 구비하는 액정 표시 소자를 제공한다.

본 발명에 따른 저분자형 액정 배향제는 광에너지에 의해 중합 가능한 아크릴 또는 메타아크릴기를 분자 내 포함하므로, 광반응에 대한 민감도가 뛰어날 뿐만 아니라 광조사에 의한 견고한 그물 구조의 배향막 형성을 통해 우수한 열적 안정성 및 전기광학적 특성을 나타낼 수 있다.

액정, 배향막, 저분자, 광기능성, 액정 표시 소자

Description

액정배향막용 조성물 및 이를 이용하는 액정 표시 소자{COMPOSITION FOR LIQUID CRYSTAL ALIGNING LAYERS AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 배향막이 도포된 기판을 구비한 액정셀을 편광 방향이 직교하는 2개의 편광자 사이에 두고 관측시, 배향막의 배향 상태와 액정셀의 배향성과의 연관 관계를 나타내는 도면이다.

도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 액정 배향제를 사용하여 제조된 액정셀을 편광 방향이 직교하는 2개의 편광자 사이에 두고 관측한 사진이다.

도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 액정 배향제를 사용하여 제조된 액정셀을 열 안전성 테스트(200℃에서 방치)를 거친 후 편광 방향이 직교하는 2개의 편광자 사이에 두고 관측한 사진이다.

본 발명은 우수한 배향성과 열적 안정성을 동시에 갖는 액정 배향제, 상기 액정 배향제를 포함하는 액정배향막용 조성물 및 이를 이용하는 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자(liquid crystal display: LCD)는 배향막을 사용한다. 배향막 은 주로 고분자 물질을 사용하며, 액정 분자의 배열에 방향자(director) 역할을 하여 전기장(electric field)에 의해 액정이 움직여서 화상을 형성할 때 적당한 방향을 잡도록 해준다. 일반적으로 액정 표시 소자에서 균일한 휘도(brightness)와 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정을 균일하게 배향하는 것이 필수적이다.

종래 액정을 배향시키는 통상적인 방법으로는 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자 막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing) 방법이 있다. 그러나 러빙 방법은 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기(electrostatic discharge: ESD)가 발생할 수 있고, 이것들은 액정 패널 제조시 심각한 문제점을 야기시킬 수 있다.

상기한 러빙법의 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 마찰이 아닌 광조사에 의해 고분자 막에 이방성(비등방성, anisotropy)을 유도하고 이를 이용해 액정을 배열하고자 하는 광 배향법이 연구되고 있다. 광 배향법에 사용될 수 있는 재료로는 아조벤젠 (azobenzene), 쿠마린 (cumarine), 찰콘 (chalcone), 시나메이트(cinnamate)와 같은 광기능성 작용기를 함유하는 고분자들이 있는데, 이러한 고분자들은 편광된 광조사에 의해 광이성화나 광가교화 등의 반응이 비등방적으로 일어나고, 이에 의해 고분자 표면에 이방성이 생성되어 액정을 한 방향으로 배열시키게 된다. 그러나 이러한 광배향 재료들을 실질적으로 사용하기 위해서는 광학적 및 열적 안정성이 필수적으로 요구되는데, 종래의 고분자 재료들은 이러한 면에서 많은 취약점을 가지고 있는 실정이다.

한편, 종래의 액정 광배향막 재료는 대부분 고분자형으로서, 고분자 주쇄에 사이드(side) 그룹으로 아조벤젠이나 시나메이트와 같은 광이방성을 유도할 수 있는 광기능성 그룹을 가지고 있다. 이러한 고분자형 액정 광배향막 재료를 사용하는 경우 이방성을 유도하기 위해 많은 광에너지가 요구될 뿐만 아니라, 반응하지 않고 남아 있는 다수의 미반응 광기능성 그룹들이 추후 열적, 광안정성 및 전기 광학적 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

본 발명자들은 종래 액정 배향막 재료로 사용되는 고분자(polymer)형 액정 배향제 대신 분자 내 광조사에 의해 중합가능한 치환기를 포함하는 저분자형 액정배향제를 사용하면, 전술한 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 액정에 대한 우수한 배향 특성, 탁월한 열적 안정성 및 향상된 전기광학적 특성을 동시에 나타낸다는 것을 발견하였다.

이에, 본 발명은 광중합 치환기를 포함하여 우수한 액정 배향 특성 및열적 안정성을 나타내는 저분자형 액정배향제, 상기 액정배향제를 포함하는 액정배향막용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 제조된 배향막을 구비하는 액정 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 (a) 하나 이상의 광이방성을 나타내는 광반응기; 및 (b) 2개 이상의 광중합 가능한 (메타)아크릴기 함유 치환기를 포함하는 액정 배향제, 상기 화합물을 포함하는 액정배향막용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 제조된 액정배향막을 구비하는 액정 표시 소자를 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 종래 액정 배향제로 사용되는 광배향성 고분자(polymer)형 대신 광에너지에 의해 중합 가능한 치환기를 포함하는 저분자형 액정 배향제를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 저분자형 액정 배향제는 1 분자 내 적어도 1 개 이상의 광반응에 의해 액정분자를 배열시킬 수 있는 광반응기 (photoalignment moiety)와 적어도 2개 이상의 광반응에 의해 중합 가능한 치환기, 예컨대 아크릴기 및/또는 메타아크릴기를 포함하는 구조로서, 이러한 특성으로 인해 하기와 같은 효과를 나타낼 수 있다.

1) 본 발명의 액정 배향제는 분자 구조 내 포함된 광중합 치환기, 예컨대 아크릴기나 메타아크릴기들로 인해 광에너지에 의해 매우 견고한 그물 구조의 막을 형성할 수 있으므로, 탁월한 열적 안정성 및 전기광학적 특성을 나타낼 수 있다.

2) 또한, 고분자형에 비해 광반응에 대한 민감도가 훨씬 뛰어난 저분자형이므로, 작은 광에너지에서도 용이하게 이방성을 구현할 수 있다.

3) 우수한 용해성(solubility)으로 인해 막 도포(coating)에 사용되는 용매 선정이 유리할 뿐만 아니라, 전자 재료로서 요구되는 순도 측면에서 쉽게 분도 조절이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 액정배향 화합물은 분자 내 광이방성, 즉 편광된 광조사에 의해 이방성을 나타내는 광반응기와 광중합 가능한 치환기, 예컨대 아크릴기 및/또는 메타아크릴기를 포함하는 화합물을 사용할 수 있으며, 특히 하나 이상의 광이방 성을 나타내는 광반응기와 2개 이상의 광중합 가능한 치환기를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 아크릴기 및/또는 메타아크릴기 이외에, 광에너지에 의해 중합 가능한 치환기를 갖는 액정 배향용 화합물도 본 발명의 범주에 속한다.

상기 액정 배향제는 하기 화학식 1로 표기되는 기본 구조를 포함할 수 있다.

(Ⅰ)

상기 식에서,

A는 편광으로 입사되는 광에너지에 의해 이방성을 유도할 수 있는 광기능성 반응기를 포함하는 부분이며,

C는 광에너지에 의해 중합이 이루어지는 부분으로서, (메타)아크릴기 함유 치환기이며,

B는 A와 C의 연결기이고,

n은 2 내지 6 사이의 정수이다.

이때, 상기 광반응기(A)는 아조벤젠, 스틸벤젠, 쿠마린, 찰콘 및 시나메이트로 구성된 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, B는 질소(N) 또는 황(S)으로 치환 또는 비치환된 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide)의 연결기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 3 내지 18의 시클로알킬, 탄소수 5 내지 18의 아릴(aryl)기로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이 바람직하고, 이중 적어도 1 내 지 5개의 탄소가 N 또는 S로 치환된 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따라 화학식 1로 표기되는 기본 구조를 갖는 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 2 내지 화학식 4의 화합물이 있으나, 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

상기 화학식 2 내지 4로 표기되는 각 액정 배향제는 신규 화합물로서, 하이드록시 알킬 할라이드(hydroxy alkyl halide)를 이용한 알킬레이션(alkylation) 및/또는 액시드 할라이드(acid halide)를 이용하는 에스테르화 반응(esterification) 등에 따라 제조될 수 있다. 그러나 전술한 제법에 의해서 한정되는 것은 아니며, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 저분자형 액정 배향제의 분자량은 특별한 제한은 없으나, 10,000 이하가 적절하며, 특히 300 내지 5000 범위가 바람직하다. 분자량이 300 미만인 경우 박막 형성이 잘 되지 않게 되며, 분자량이 5000을 초과하는 경우 고분자에 가까워 본 발명이 추구하는 특성(광반응 민감도)이 상당히 떨어질 가능성이 있다.

상기 액정 배향제는 단독 성분으로 액정배향막용 조성물을 구성하여 광중합을 통해 액정 배향막을 형성할 수 있으나, 가능하면 광개시제(photo initiator), 멀티크로스링커(multi-cross linker) 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 광개시제(photo initiator)는 광에너지에 의해 라디칼이 생성되어 광중합 반응을 일으키게 하는 것으로, 당 분야에 알려진 통상적인 광개시제를 사용할 수 있다.

상기 광개시제의 함량은 특별한 제한은 없으나, 가능하면 액정배향막용 조성물 100 중량% 당 0 내지 20 중량% 범위로 사용하는 것이 적절하고, 5 중량% 정도가 바람직하다. 광개시제의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우 견고한 막 형성이 보다 빨리 진행될 수 있는 반면, 액정 배향제의 함량이 감소하게 되어 액정 배향성이 만족스럽지 못하고 불리하게 작용할 수 있다.

멀티크로스링커(multi-cross linker)는 광에너지에 의해 상기 액정 배향제가 중합반응을 일으킬 때 좀 더 효과적으로 견고한 막을 형성하기 위해 사용할 수 있으며, 전술한 액정 배향제 분자 사이를 용이하게 연결시킬 수 있다.

상기 멀티크로스링커는 당분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 특히 하기 화학식 5로 표기되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

(Ⅱ)

상기 식에서,

D는 연결기이며, E는 중합 가능한 치환기이며, m은 2 내지 10 사이의 정수이다.

이때, 연결기(D)는 질소(N), 황(S)으로 치환 또는 비치환된 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide)의 연결기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 3 내지 18의 시클로알킬 및 탄소수 5 내지 18의 아릴(aryl)기로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이며, 특히 적어도 1 내지 5의 탄소가 N이나 S으로 치환된 것이 바람직하다. 또한, 중합 가능한 치환기(E)는 아크릴기 및/또는 메타아크릴기인 것이 바람직하다.

상기 멀티크로스링커의 함량은 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 액정배향막용 조성물 100 중량% 당 0 내지 50 중량% 범위이다. 50 중량%를 초과하는 경우 견고한 그물 구조의 막을 형성하기는 용이하나 액정 배향에 방해가 될 수 있다.

본 발명의 액정배향막용 조성물은 전술한 성분 이외에, 당업계에 알려진 통 상적인 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 액정배향막용 조성물을 이용하여 제조된 액정배향막(liquid crystal aligning layer)을 제공한다

이때, 액정배향막은 당분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 i) 하나 이상의 광이방성을 나타내는 광반응기 및 2개 이상의 광중합 가능한 치환기, 바람직하게는 (메타)아크릴기 함유 치환기를 갖는 액정 배향제를 함유하는 액정배향막용 조성물을 적절한 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계; ii) 상기 용액을 기재(substrate)상에 도포하고 용매를 제거한 후, 광조사하는 단계로 구성될 수 있다.

우선, 1) 본 발명의 액정배향막용 조성물을 용매에 용해시켜 액정 배향용액을 제조한다.

사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 N-메틸피롤리돈(NMP), N-에틸피롤리돈(NEP), 디메틸포름아미드(DMF), 부틸셀로솔브, γ-부티로락톤, 클로로벤젠, 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드, 사이클로펜탄온(cyclopentanone), 사이클로헥산온(cyclohexanone), 테트라하이드로퓨란(THF), 디클로로에탄 또는 이들의 혼합물 등이 있다.

상기 액정 배향 용액 내 불휘발분의 농도는 특별한 제한이 없으며, 사용하고자 하는 코팅 방법에 따라 적절히 조절 가능하다. 가능하면 전체 용액 100 중량% 당 1 내지 30 중량% 범위가 바람직하다.

2) 상기 액정 배향 용액을 기재, 예컨대 유리 기판에 도포한 후 용매를 제거 하고 이후 광 조사한다.

상기 액정 배향 용액을 기재상에 도포하는 방법으로는 당업계에 알려진 롤 코팅(roll coating), 커튼 코팅(curtain coating), 스핀 코팅(spin coating), 슬롯 다이 코팅, 각종 인쇄, 침적 등의 방법을 사용할 수 있다.

기재(substrate)는 광배향막으로 통상 사용되는 기재로서, 유리 기판이 바람직하다. 상기 기재상에 도포되는 액정배향제의 두께는 특별한 제한이 없으며, 액정을 배향시키기 위한 통상적인 범위, 예컨대 30 내지 150nm 내에서 조절 가능하다. 또한, 용매를 제거하기 위한 방법도 특별한 제한이 없으며, 예컨대 100 내지 200℃의 온도 범위에서 10분 내지 1시간 정도 가열하여 수행할 수 있다.

도포된 액정배향제 층의 표면에 광조사를 수행함으로써, 본 발명의 액정 배향막이 제조된다.

상기 액정배향막은 광조사에 의해 액정배향제의 분자 내 존재하는 광중합 치환기, 예컨대 아크릴기 및/또는 메타아크릴기가 광중합반응을 일으켜서 가교(cross-link)된 고분자 막을 형성함과 동시에 마찬가지로 액정배향제 분자 내 포함된 아조벤젠, 쿠마린, 찰콘 또는 시나메이트 등의 광반응기가 광이방성을 나타내어 광배향 기능을 발현하게 된다.

조사광은 특별한 제한이 없으나, 자외선(UV)이 바람직하다. 또한, 광조사 방법 역시 특별히 한정하지 않으나, 편광자를 사용하여 선형 편광시킨 자외선 또는 편광자를 이용하지 않은 비편광된 자외선을 경사조사 또는 수직조사할 수 있다.

수직 조사시의 경사각은 당업계에서 통상적으로 수행되는 범위내에서 조절 가능하며, 이중 0 내지 30도가 바람직하며, 조사 시간은 램프의 전력에 따라 달라지나, 1초 내지 1시간이 바람직하다.

추가적으로, 본 발명은 전술한 액정배향막용 조성물을 이용하여 제조된 액정배향막을 구비하는 액정 표시 소자(liquid crystal display)를 제공한다.

액정 표시 장치는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제작될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 상기한 바에 따라 제조된 액정 배향막을 갖는 광반응된 기판 2개를 접착제를 이용하여 일정한 두께를 갖도록 양(兩) 기판 사이를 부착한 후, 이후 상온에서 액정 주입을 통해 액정층을 형성한 후 액정의 클리어링 온도에서 일정시간 동안 처리하여 배향을 고르게 한 후 냉각시켜 완성한다.

실제로, 상기 액정 배향막을 구비하는 본 발명의 액정 표시 장치는 초기 배향성 뿐만 아니라 장시간 열안정성 테스트를 거친 경우에도 우수한 배향 상태가 유지됨을 확인할 수 있었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

참조예 1. 4,4'-(세바코일다이옥시)디벤즈알데하이드 (4,4'-(sebacoyldioxy) dibenzaldehyde)의 합성

4-하이드록시벤즈알데하이드(4-hydroxybenzaldehyde) 10.3g과 트리에틸아민(triethylamine) 12.8 ml를 디클로로메탄(dichloromethane) 300 ml에 용해시킨 후 이 용액에 세바코일클로라이드(sebacoyl chloride) 11.19 ml를 천천히 첨가하고 상온에서 5시간 교반시켰다. 반응 종결 후 반응 유기층은 증류수로 세정한 후 농축시 켜 4,4'-(세바코일다이옥시)디벤즈알데하이드 15 g을 얻었다.

참조예 2. 4,4'-(세바코일다이옥시)디신나믹산 (4,4'-(sebacoyldioxy)dicinnamic acid)의 합성

4,4'-(세바코일다이옥시)디벤즈알데하이드 15g, 말론산(malonic acid) 13.7g 및 피페리딘(piperidine) 1 ml를 피리딘(pyridine) 100 ml에 녹인 후 15시간 동안 100℃의 온도에서 교반하였다. 반응 종결 후 상온으로 냉각시킨 후 생성되는 고체를 여과하여 4,4'-(세바코일다이옥시)디신나믹산 14g을 얻었다.

참조예 3. 4,4'-(디((6-하이드록시헥실)옥시))바이페닐 (4,4'-(di(6-hydroxyhexyl)oxy))biphenyl)의 합성

4,4'-바이페놀(4,4'-biphenol) 3g 과 포타슘카르보네이트 (K₂CO₃) 18g 이 녹아있는 메틸에틸케톤(methylethylketone, MEK) 용액에 요오드화칼륨 (KI) 0.02g을 넣고 6-브로모-1-헥산올(6-Bromo-1-hexanol) 6.9g을 천천히 적가한 후 80℃에서 24시간 반응시켰다. 여기에 증류수 100ml를 넣어 반응을 종결시킨 후 상온으로 냉각시키고, 10% HCl 수용액을 첨가하여 생기는 침전물을 여과하여 4,4'-(디((6-하이드록시헥실)옥시)) 바이페닐 (4,4'-(di(6-hydroxyhexyl) oxy))biphenyl) 3.8 g을 얻었다(수율: 50 %).

참조예 4. 4-((6-하이드록시헥실)옥시)신나믹산(4-((6-hydroxyhexyl)oxy)cinnamic acid의 합성

수산화나트륨(NaOH) 4.4g을 증류수 20ml에 녹인 용액을 4-하이드록시신나믹 산 (4-hydroxy cinnamic acid) 7.5 g이 녹아있는 메탄올 용액에 넣고 요오드화칼륨 0.02g을 첨가하였다. 여기에 6-브로모-1-헥산올(6-Bromo-1-hexanol) 10.0g을 천천히 적가하여 65℃에서 24시간 동안 반응시켰으며, 증류수 100ml를 넣어 반응을 종결시켰다. 상온으로 냉각시킨 후 10% HCl 수용액을 첨가하여 생기는 침전물을 여과하여 4-((6-하이드록시헥실)옥시)신나믹산 9.5g을 얻었다(수율: 60 %).

참조예 5. 4-((6-(메타아크로일)옥시헥실)옥시)신나믹산 (4-((6-(Methacroyloxy)hexyl)oxy)cinnamic acid의 합성

4-((6-하이드록시헥실)옥시)신나믹산 4.6g과 피리딘 4.4 ml를 넣은 디메틸포름아마이드(DMF) 30 ml에 메타아크릴로일 클로라이드(methacryloryl chloride) 5.9 ml를 천천히 적가한 후 다이메틸아미노피리딘 (dimethyl aminopyridine)을 소량 첨가하여 상온에서 24시간 교반시켰다. 반응 종결 후, 10% HCl 수용액을 첨가하여 생기는 침전물을 여과하고 메탄올에 재결정시켜 4-((6-(메타아크로일)옥시헥실)옥시)신나믹산 3g을 얻었다(수율: 50 %).

[실시예 1 ~ 3] 액정 배향제 합성, 액정 배향 용액 및 액정 셀 제조

실시예 1

1-1. 액정 배향제 합성

상기 참조예 2에서 제조된 4,4'-(세바코일다이옥시)다이신나믹산 2.6g에 디오닐클로라이드 (thionyl chloride) 5 ml와 디메틸포름아마이드 (dimethyl formamide, DMF) 0.5 ml를 첨가한 후 5시간 동안 끓였다. 반응 후 남은 디오닐클로라이드는 감압 증류하여 고체형의 4,4'-(세바코일다이옥시)다이신나밀 클로라이드 (4,4'-(sebacoyldioxy)-dicinnamoyl chloride)를 얻었다. 여기에 피리딘 20 ml와 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트 (2-hydroxyethyl methacylate) 3.84 ml를 첨가한 후 상온에서 2일 동안 교반하였다. 반응 종결 후 과량의 피리딘을 감압하여 제거하고 반응물은 디클로로메탄에 녹인 후 증류수로 세정하였다. 유기용액은 농축 후 실리카겔 (silica-gel)을 이용한 크로마토그래프로 정제하여 상기 화학식 2로 표기되는 화합물 1.9g을 수득하였다.

1-2. 액정 배향 용액(1) 제조

상기 실시예 1-1에서 합성된 배향 물질에 광 개시제 (Irgacure 369)를 5 중량% 첨가한 후 N-메틸피롤리돈과 부틸셀로솔브의 혼합용액에 녹여서 불휘발분의 농도를 5 % 농도로 하고 이것을 0.2 ㎛의 필터에 여과하여 사용하였다.

1-3. 액정 배향 용액(2) 제조

상기 실시예 1-1에서 합성된 배향 물질과 멀티크로스링커(multi-cross linker)인 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 (dipentaerythritol hexaacrylate)를 20 중량% 첨가하고 여기에 광개시제 (Irgacure 369)를 5 중량% 첨가한 후 N-메틸피롤리돈과 부틸셀로솔브의 혼합용액에 녹여서 불휘발분의 농도를 5% 농도로 하여 이것을 0.2 ㎛의 필터에 여과하여 사용하였다.

1-4. 액정 배향 용액(1), (2)을 이용한 액정셀 제조

상기 실시예 1-2 및 1-3에서 제조된 액정배향 용액을 각각 인듐틴옥사이드(ITO) 전극이 도포된 유리기판 위에 80 nm의 두께로 코팅한 후 이 배향제가 도포된 유리 기판을 150℃에서 30분간 건조하여 용매를 제거하였다. 액정 배향제가 도포된 면을 자외선에 대하여 수직(0도)과 30도의 경사각으로 5초에서 5분간 자외선을 조사하여 광반응을 유도하였다. 광반응이 유도된 두개의 유리 기판 중 하나에는 볼 스페이서가 함유된 광반응성 접착제 끝부분에 도포한 후 나머지 한 개의 유리기판을 합착하여 접착제가 도포된 부분만 자외선을 조사하여 셀을 접합시켰다. 완성된 셀에 액정을 주입하고 100℃에서 5 분 동안 열처리한 후 액정 셀을 완성하였다.

실시예 2

상기 참조예 3에서 제조된 4,4'-(다이((6-하이드록시헥실)옥시))바이페닐 0.73g과 4-((6-(메타아크로일)옥시헥실)옥시)신나믹산 1.5g을 디메틸포름아미드 25 ml에 용해시킨 후 여기에 다이메틸아미노프로필에틸카르보다이이미드 (1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide) 1.15g과 하이드록시벤조트리아졸 (1-hydroxybeaotrizole) 0.76g을 넣고 트리에틸아민 (triethylamine) 1.15 ml를 첨가하여 상온에서 24시간 반응시켰다. 증류수를 넣어 반응을 종결시킨 후 30분 동안 교반시키고 침전물을 여과하여 메탄올로 여러 번 세척하였다. 이 여과물을 메틸렌클로라이드/노말-헥산 조건에서 재결정하여 상기 화학식 3으로 표기되는 화합물 1.0g을 수득하였다(수율: 40 %).

실시예 1-1에서 제조된 액정 배향제 대신 실시예 2에서 제조된 상기 화학식 3의 액정 배향제를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-2 내지 실시예 1-4와 동일한 방법을 수행하여 액정 배향 용액 및 액정셀을 제조하였다.

실시예 3

1,1,3-트리스(2-메틸-4-하이드록시-5-tert-부틸페닐)부탄 0.46g과 상기 참조예 5에서 제조된 4-((6-(메타아크로일)옥시헥실)옥시)신나믹산 1 g을 디메틸포름아마이드 20ml에 용해시킨 후, 여기에 다이메틸아미노프로필에틸카르보다이이미드 0.77g과 하이드록시벤조트리아졸 0.51g을 넣고 트리에틸아민 0.8 ml를 첨가하여 상온에서 24시간 반응시켰다. 증류수를 넣어 반응을 종결시킨 후 30분 동안 교반시키고 침전물을 여과하여 메탄올로 여러 번 세척하였다. 이 여과물을 메틸렌클로라이드/노말-헥산 조건에서 재결정하여 상기 화학식 4로 표기되는 화합물 0.8 g을 수득하였다(수율: 70 %).

실시예 1-1에서 제조된 액정 배향제 대신 실시예 3에서 제조된 상기 화학식 4의 액정 배향제를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-2 내지 실시예 1-4와 동일한 방법을 수행하여 액정 배향 용액 및 액정셀을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 제조된 액정 배향제 대신 종래 잘 알려진 고분자 광배향 제인 폴리바이닐 시나메이트 (polyvinyl cinnamate)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-2 내지 실시예 1-4와 동일한 방법에 따라 액정 배향 용액 및 액정셀을 제조하였다.

실험예 1. 액정셀의 배향성 평가

본 발명에 따른 액정 배향제를 사용하여 제조된 액정셀의 배향 상태 평가를 확인하고자, 하기와 같은 실험을 수행하였다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 액정셀을 사용하였으며, 각 액정셀을 편광 방향이 직교하는 2장의 편광판 사이에 두고 명암 상태를 구분함으로써 이들의 배향 상태를 확인하였다.

실험 결과, 본 발명의 액정 배향제를 사용한 액정셀과 고분자형 재료를 사용한 비교예 1의 액정셀 모두 우수한 배향 상태를 나타내었다(도 2 참조).

실험예 2. 액정셀의 열안정성 평가

본 발명에 따른 액정 배향제를 사용하여 제조된 액정셀의 열안정성을 확인하고자, 하기와 같은 실험을 수행하였다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 액정셀의 제조 공정상에서 액정을 주입하기 전에 200℃ 온도에서 방치한 후 이를 상온에서 식히고 액정을 주입하였으며, 이후 이들의 배향 상태를 확인하였다.

실험 결과, 고분자형 재료를 사용한 비교예 1의 액정셀은 초기 배향 상태가 무너졌으며, 거의 배향되지 않음을 확인할 수 있었다(도 3 참조). 이에 비해, 본 발명의 액정 배향제를 사용한 실시예 1 내지 3의 액정셀은 초기와 마찬가지로 우수 한 배향 상태를 보여주었으며, 특히 장시간 열안정성 테스트를 거친 경우에도 우수한 배향상태가 유지됨을 확인할 수 있었다(도 3 참조).

본 발명의 저분자형 액정배향제는 액정에 대한 우수한 배향 상태를 나타낼 뿐 아니라 탁월한 열적 안정성을 동시에 구현할 수 있다.

Claims

(a) 하나 이상의 광이방성을 나타내는 광반응기; 및

(b) 2개 이상의 광중합 가능한 (메타)아크릴기 함유 치환기

를 포함하는 액정 배향제.
제 1항에 있어서, 상기 액정 배향제는 하기 일반식 (Ⅰ)로 표기되는 기본 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향제:

(Ⅰ)

상기 식에서,

A는 광반응기이며;

B는 연결기이며;

C는 아크릴기(acryl) 및/또는 메타아크릴기(methacryl)이며;

n은 2 내지 6 사이의 정수이다.
제 2항에 있어서, 상기 광반응기(A)는 아조벤젠(azobenzene), 스틸벤젠, 쿠마린(cumarine), 찰콘(chalcone) 및 시나메이트(cinnamate)로 구성된 군으로부터 선택된 광반응기이며;

연결기(B)는 질소(N) 또는 황(S)으로 치환 또는 비치환된 에테르(ether), 에 스테르(ester), 아미드(amide)의 연결기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 3 내지 18의 시클로알킬 및 탄소수 5 내지 18의 아릴(aryl)기로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액정 배향제.
제 3항에 있어서, 상기 연결기(B)는 적어도 1 내지 5개의 탄소가 N 또는 S로 치환된 에테르, 에스테르, 아미드의 연결기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 3 내지 18의 시클로알킬 및 탄소수 5 내지 18의 아릴(aryl)기인 액정 배향제.
제 1항에 있어서, 상기 액정 배향제는

,

또는
인 액정 배향제.
제 1항에 있어서, 상기 액정 배향제의 분자량은 300 내지 5,000 범위인것을 특징으로 하는 액정 배향제.
제 1항에 있어서, 상기 액정 배향제는 광조사에 의해 아크릴기 및/또는 메타아크릴기가 광중합반응을 일으켜서 가교(cross-link)된 고분자 막을 형성함과 동시에 광반응기가 광배향 기능을 발현시키는 것을 특징으로 하는 액정 배향제.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 액정 배향제를 포함하는 액정배향막용 조성물.
제 8항에 있어서, 상기 액정배향막용 조성물은 광개시제(photo initiator),멀티크로스링커(multi-cross linker) 또는 광개시제와 멀티크로스링커를 포함하는 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 광개시제의 함량은 액정배향막용 조성물 100 중량% 당 0 내지 20 중량% 범위인 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 멀티크로스링커(multi-cross linker)는 하기 일반식 (Ⅱ)로 표기되는 것을 특징으로 하는 조성물:

(Ⅱ)

상기 식에서,

D는 질소 또는 황으로 치환 또는 비치환된 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide)의 연결기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 3 내지 18의 시클로알킬 및 탄소수 5 내지 18의 아릴(aryl)기로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 연결기이며;

E는 아크릴기 또는 메타아크릴기이며,

m은 2 내지 10 사이의 정수이다.
제 9항에 있어서, 상기 멀티크로스링커의 함량은 액정배향막용 조성물 100 중량% 당 0 내지 50중량% 범위인 조성물.
제 8항의 액정배향막용 조성물을 이용하여 제조된 액정배향막을 포함하는 액정 표시 소자.
하기 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표기되는 화합물.

[화학식 2]

,

[화학식 3]

[화학식 4]