KR20120050926A - Ｌｃｄ 배향막용 말레이미드?ｎ?비닐락탐계 측쇄 폴리머 - Google Patents

Ｌｃｄ 배향막용 말레이미드?ｎ?비닐락탐계 측쇄 폴리머 Download PDF

Info

Publication number
KR20120050926A
KR20120050926A KR1020117026965A KR20117026965A KR20120050926A KR 20120050926 A KR20120050926 A KR 20120050926A KR 1020117026965 A KR1020117026965 A KR 1020117026965A KR 20117026965 A KR20117026965 A KR 20117026965A KR 20120050926 A KR20120050926 A KR 20120050926A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
liquid crystal
polymer
groups
maleimide
Prior art date
Application number
KR1020117026965A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101612725B1 (ko
Inventor
라헤짜르 코미토프
베르실 헬기
닐스 올손
Original Assignee
라헤짜르 코미토프
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 라헤짜르 코미토프 filed Critical 라헤짜르 코미토프
Publication of KR20120050926A publication Critical patent/KR20120050926A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101612725B1 publication Critical patent/KR101612725B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/12—Unsaturated polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/36—Amides or imides
    • C08F222/40—Imides, e.g. cyclic imides
    • C08F222/402—Alkyl substituted imides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/36—Amides or imides
    • C08F222/40—Imides, e.g. cyclic imides
    • C08F222/408—Imides, e.g. cyclic imides substituted imides comprising other heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F226/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/06—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/10—N-Vinyl-pyrrolidone
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133711—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
    • G02F1/133723—Polyimide, polyamide-imide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/36—Amides or imides
    • C08F222/40—Imides, e.g. cyclic imides
    • C08F222/404—Imides, e.g. cyclic imides substituted imides comprising oxygen other than the carboxy oxygen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

표면-디렉터 배향막에 사용하기 위한 폴리머가 제공되고, 상기 폴리머는 말레이미드 및/또는 그의 유도체 및 N-비닐락탐 및/또는 그의 유도체의 반복 단위를 포함하는 코폴리머이고, 상기 반복 단위의 적어도 일부는 펜던트 측쇄에 의해 작용화된다. 본 발명의 폴리머는 액정 장치에서의 배향막 재료 중에 사용하거나 또는 배향막 재료로서의 사용에 적합하다.

Description

ＬＣＤ 배향막용 말레이미드?Ｎ?비닐락탐계 측쇄 폴리머 {MALEIMIDE-N-VINYLLACTAM BASED SIDECHAIN POLYMERS FOR LCD ALIGNMENT LAYERS}
본 발명은 표면-디렉터(surface-director) 정렬층(alignment layer)용 폴리머, 그러한 폴리머를 포함하는 표면-디렉터 배향막 재료, 및 그러한 폴리머를 포함하는 정렬층을 포함하는 액정 장치에 관한 것이다.
액정 장치는 일반적으로 기판 상에 배열되거나 한 쌍의 기판 사이에 개재되어 배열된 액정 물질층을 포함한다.
액정 분자는 전형적으로 두드러진 형상 이방성(shape anisotropy)을 가진 비교적 단단한 분자로서, 특정의 바람직한 방향으로 그것의 장축을 따라 배향될 수 있는 분자이다. 상기 분자의 평균적인 방향은 벡터 양에 의해 규정되며, 이를 디렉터라 칭한다.
액정 디스플레이에 있어서, 전기장과 같은 외부적 장의 부재 하에, 얻고자 하는 액정층의 초기 정렬은 일반적으로, 상기 액정 벌크와 마주하는 한정된 기판 표면 상에 이른바 정렬층(배향층)을 적용하는 등의 방법으로, 한정된 고체 기판 표면을 적절히 표면 처리하는 것에 의해 달성된다. 초기 액정 정렬이란 액정층과 정렬층 사이의 계면에서의 고체 표면/액정 상호작용으로 정의된다.
한정된 표면에 인접한 액정 분자의 배향은 탄성력을 통해 벌크 중의 액정 분자에 전달되므로, 모든 액정 벌크 분자에 대해서도 본질적으로 동일한 배향을 부여한다.
액정층과 정렬층 사이의 계면 근방의 액정 분자의 디렉터(여기서는 표면 디렉터라고도 함)는, 균질형 또는 평면형 배향(PA)으로도 지칭되는, 한정된 기판 표면과 평행인 상태로, 호메오트로픽(homeotropic) 또는 수직형 배향(VA)으로도 지칭되는, 한정된 기판 표면에 대한 수직형과 같은 특정한 방향의 지점으로 한정되거나, 또는 한정된 기판 표면에 대해 경사진 배향(tilted alignment; TA)으로도 지칭되는 특정한 경사각(tilt angle)으로 한정된다. 액정 디스플레이에서 사용되는 배향의 형태는 얻고자 하는 장치의 어플리케이션에 의존한다.
정렬층을 확립하는 공지의 방법은, 예를 들면, 무기 막 증착(inorganic film vapor deposition)법 및 유기 막 러빙(organic film rubbing)법이다. 무기 막 증기 증착법에 있어서, 산화규소와 같은 무기 물질을 한정된 표면에 경사지게 증착하여 액정 분자가 무기 막에 의해 무기 물질 및 증발 조건에 따라 특정한 방향으로 배향되도록 함으로써 기판 표면 상에 무기 막이 형성된다. 상기 방법은 제조비가 높기 때문에, 대규모 제조에는 적합하지 않고, 이 방법은 실제로 사용되지는 않는다.
유기 막 러빙법에 따르면, 예를 들면 폴리이미드의 유기 코팅이 기판 표면에 형성된다. 그 후 유기 코팅은 면, 나일론 또는 폴리에스테르와 같은 천을 사용하여 설정된 방향으로 러빙되어, 그 층과 접촉하는 액정 분자는 러빙 방향으로 배향된다.
폴리이미드는 화학적 안정성, 열 안정성 등과 같은 비교적 유리한 특성을 가지고 있으므로 유기 표면 코팅으로서 대부분의 경우에 사용된다. 폴리이미드층의 적용은 일반적으로 이하에 기재되는 바와 같이 200?300℃에서의 베이킹(baking) 단계를 포함한다.
폴리이미드는 예를 들면 하기 스킴 I 또는 스킴 II에 따라 제조될 수 있다:
Figure pct00001
Figure pct00002
제1 단계에서, 동일 몰량의 테트라카르복시산 무수물과 디아민을 N-메틸피롤리돈(NMP)와 같은 아미드 용매 중에서 혼합한다. 자발적 반응이 일어나고, 폴리이미드의 프리폴리머인 폴리아믹산(polyamic acid)이 형성된다. 이 상태에서, 상기 프리폴리머는 LCD 제조자와 같은 사용자에게 공급된다. 그러나, 프리폴리머 용액이 실온에서 불안정하기 때문에, 상기 용액은 프리폴리머의 분해 또는 임의의 다른 바람직하지 않은 화학 반응을 피하기 위해, 일반적으로 수송 및 저장시 냉각된다.
일반적으로, 폴리아믹산은 액정 장치 제조자에 의해, 종종 NMP와 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve)의 4:1(w/w) 혼합물로 약 5%까지 희석된다.
Figure pct00003
폴리아믹산은 일반적으로, 예를 들면 스핀 코팅 또는 일종의 인쇄 기술을 이용하여, 투명하고 패터닝된 인듐 주석 산화물(ITO) 전극층으로 코팅된 유리 기판 상에 적용된다. 이어서, 폴리아믹산의 층은 약 100℃의 오븐에서 건조된 다음, 1?2시간 동안 약 200℃로 가열된다. 이러한 가열 사이클에서, 폴리아믹산은 폴리이미드로 변환된다. 이 단계는 또한 폴리이미드의 경화 또는 베이킹으로 지칭된다. 얻어지는 폴리이미드는 열적으로 매우 안정하며, 모든 용매에 대해 불용성이다.
폴리머는 예를 들어 알칼리성 매체를 사용하여 분해시키는 방법에 의해서만 제거될 수 있다.
이 유기 막 적용 공정의 단점은 긴 제조 시간과 아울러 높은 제조비를 초래하는 베이킹 단계이다.
또한, 약 200℃와 같은 높은 온도는, 액정-온-실리콘(LCOS) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 것의 제조에 있어서 수율을 저하시키고 그에 따라 막의 결함을 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 요구되는 베이킹 온도도 플라스틱 기판 상에서 사용하기에는 지나치게 높다.
또한 상기 유기 막 적용 공정을 이용하여 적용되는 유기막과 액정 벌크층 사이의 앵커링(anchoring) 강도를 제어하기가 어렵다.
또한, 폴리이미드 접근법의 단점 중 하나는 폴리아믹산이 매우 불안정하여 냉동기에서와 같은 저온에서 저장해야 한다는 점이다.
이상과 같은 단점 중 일부 또는 전부를 회피할 수 있다면 매우 유리할 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점들을 적어도 부분적으로 극복하고, 액정 장치용과 같은, 배향막 물질에 또는 배향막 물질로서 유리하게 사용될 수 있는 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 본 발명의 특허청구범위에 따른 말레이미드 및 N-비닐락탐 반복 단위를 기재로 하는 폴리머를 제공함으로써 상기 목적을 적어도 부분적으로는 달성할 수 있음을 발견했다.
따라서, 제1 측면에서, 본 발명은 표면-디렉터 배향막에 사용하기 위한 폴리머로서, 상기 폴리머는 말레이미드 및/또는 그의 유도체 및 N-비닐락탐 및/또는 그의 유도체의 반복 단위를 포함하는 코폴리머이고, 상기 반복 단위의 적어도 일부는 펜던트 사이드-기(pendant side-group) SX에 의해 작용화되어 있는 폴리머에 관한 것이다.
본 발명의 폴리머는 높은 광 안정성 및 열 안정성을 가진다. 에틸말레이미드와 비닐피롤리돈의 코폴리머는 온도에 안정하고 고품질의 정렬층을 증진하는 것으로 나타났으며, 그것의 성질은 상업적 폴리이미드의 성질과 대등하다. 측쇄가 그 자체의 불안정성으로 인해 안정성을 감소시키지 않도록 적절히 선택되는 한, 상기 코폴리머는 매우 안정하다.
매우 다양한 상이한 측쇄를 가진 코폴리머의 용해도는 NMP 및 PGMEA와 같은 표준 용매 중에서 매우 양호하다.
종래의 폴리이미드에 비해서, 본 발명의 폴리머는 용액 중에서 훨씬 더 안정하며, 저온 저장을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명의 폴리머는 고온에서의 베이킹 없이, 경화를 필요로 하지 않고, 유리 또는 플라스틱 기판 상에 폴리머 막을 형성하기 때문에, 폴리이미드보다 가공하기에 더 용이하고 빠르다.
사이드-기 SX는 스페이서 기(spacer group) L을 통해 상기 반복 단위에 부착될 수 있다.
말레이미드 및 N-비닐락탐 반복 단위의 양은 폴리머 골격의 반복 단위의 50% 이상, 예를 들면 75% 이상, 예컨대 90% 이상일 수 있다. 또한, 폴리머 골격 중 말레이미드와 N-비닐락탐간의 비는 1:10 내지 10:1, 예를 들면 1:2 내지 2:1, 예컨대 약 1:1일 수 있다.
본 발명의 폴리머의 N-비닐락탐은 N-비닐피롤리돈, N-비닐피페리딘 및 N-비닐카프로락탐으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 폴리머는, 앵커링 사이드-기 S4에 의해 작용화된 반복 단위; 선택적으로 치환되거나, 할로겐화되거나, 분지되거나 직쇄형인 지방족 및 방향족 기, 예를 들면 알킬, 아릴 또는 알킬아릴, 폴리에테르, 실록산 또는 알코올로부터 선택되는 펜던트 사이드-기 S5에 의해 작용화된 반복 단위; 이온 운동 억제형 사이드-기 S6에 의해 작용화된 반복 단위; 반응성, 바람직하게는 광-반응성 사이드-기 S7에 의해 작용화된 반복 단위; 및 광-응답성 사이드-기 S8에 의해 작용화된 반복 단위 중에서 선택되는 반복 단위를 포함할 수 있다. 상기 폴리머는 선택적으로 가교결합기를 포함한다.
본 발명의 구현예에서, 상기 폴리머는 두드러진 형상 이방성을 가진 펜던트 사이드-기 S1에 의해 작용화된 반복 단위를 포함한다. 상기 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기 S1는, 액정 물질의 평면형 정렬을 유도하는 사이드-기 S1a 및 액정 물질의 수직형 배향을 유도하는 사이드-기 S1b 중에서 선택될 수 있다.
상기 사이드-기의 적어도 일부는 말레이미드-질소를 통해 상기 반복 단위에 부착될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 고체 기판 상에 적층된 하나 이상의 본 발명에 따른 폴리머를 포함하는 표면-디렉터 배향막에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 한정된 기판, 액정 벌크 및 상기 하나 이상의 한정된 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있는 표면-디렉터 배향막을 포함하는 액정 장치로서, 상기 표면-디렉터 배향막이 본 발명에 따른 폴리머를 포함하는, 액정 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 상기 액정 장치는, 상기 액정 벌크층을 그 사이에 포함하는 제1 및 제2 기판을 포함할 수 있고; 제1 표면-디렉터 배향막이 상기 제1 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있고; 제2 표면-디렉터 배향막이 상기 제1 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있고; 상기 제1 및 상기 제2 표면-디렉터 배향막의 하나 이상, 바람직하게는 모두가 본 발명에 따른 폴리머를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 본 발명에 따른 배향막 물질을 제공하는 단계; 및 200?300nm 범위의 파장을 가진, 선형으로 편광된 전자기파(electromagnetic radiation)를 상기 배향막 물질에 조사하는 단계를 포함하는, 표면-디렉터 배향막 물질의 광-배향 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 선형으로 편광된 전자기파는 230?270nm 범위, 예를 들면 약 250nm의 파장을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 액정 장치용으로 배향막 물질에 또는 배향막 물질로서 사용될 수 있는, 종래 기술의 문제점이 개선된 물질이 제공된다.
도 1은 본 발명의 배향막 물질의 광-배향 방법을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 정렬층을 이용하는 액정 장치의 예시도이다.
본 발명은 액정 장치용 배향막 물질에 또는 배향막 물질로서 사용하기에 적합한 폴리머에 관한 것이다.
본 발명의 폴리머는 말레이미드, N-비닐락탐, 예를 들면 비닐피롤리돈, N-비닐피페리딘 및 N-비닐카프로락탐, 및 그의 유도체의 반복 단위를 포함하는 코폴리머이며, 상기 반복 단위의 적어도 일부는 펜던트 사이드-기에 의해 작용화되어 있다.
본 명세서에서 사용하는 "말레이미드 및 N-비닐락탐의 반복 단위를 포함하는 코폴리머" 및 그와 등가인 표현은 말레이미드 모노머와 N-비닐락탐 모노머의 혼합물로부터 중합에 의해 얻을 수 있는 코폴리머를 의미한다.
N-비닐락탐은 하기 화학식 I의 화합물이다:
Figure pct00004
식에서, (CH2)x에서의 x는 2 내지 10의 정수, 전형적으로는 3?5의 정수를 의미한다.
본 명세서에서 사용하는 말레이미드는 하기 화학식 II의 화합물이다:
Figure pct00005
식에서, Sx는 H, 메틸, 에틸 또는 본 명세서에 기재된 사이드-기 S1, S4, S5, S6, S7 및 S8의 군으로부터 선택되고, L은 사이드-기 Sx를 말레이미드 환의 질소에 연결시키는 선택적으로 존재하는 스페이서 기이다. 스페이서 L이 존재하지 않는 경우에, 사이드-기 Sx는 말레이미드 환의 질소에 직접 부착된다.
N-비닐락탐과 말레이미드의 혼합물은 해당 기술 분야에 잘 알려져 있는 방법에 의해 중합될 수 있고, 전형적으로는 라디칼 부가 공중합에 의해 말레이미드와 N-비닐락탐이 형성된다.
그러한 N-비닐락탐과 말레이미드의 혼합물에 있어서, 상이한 말레이미드의 블렌드, 즉 상이한 사이드-기 Sx 및/또는 스페이서 L을 가진 2종 이상의 상이한 말레이미드의 블렌드를 사용할 수 있다. 이것은 1종 이상의 사이드-기 및/또는 폴리머 골격에 부착된 링커(linker)와의 코폴리머의 형성을 가져온다.
그러한 상이한 말레이미드의 블렌드는 얻어지는 폴리머의 성질을 조절하는 데 활용될 수 있다. 그러한 말레이미드의 블렌드의 비제한적 예는 이하의 본 명세서에서 추가로 설명된다.
적합한 중합 반응의 예를 이하의 실시예에서 설명한다.
중합의 결과는 본 발명에 따른 코폴리머로서, 말레이미드 및 하기 일반식을 가지는 N-비닐락탐의 반복 단위를 포함한다:
Figure pct00006
얻어지는 코폴리머에서, 말레이미드와 N-비닐락탐 단위는 규칙적으로 분포되어 있지 않고, 따라서 상기 폴리머는 그 형태가 암시하는 바와 같이 완벽한 교대형 코폴리머가 아니기 때문에 폴리머의 정확한 구조식은 만들어 낼 수 없다.
그러나, 반응 혼합물 중 말레이미드와 N-비닐락탐 모노머의 1:1 몰비에서, 얻어지는 폴리머에서의 배열은 본질적으로 교대형 말레이미드-N-미닐락탐-말레이미드-N-미닐락탐 구조로 되기 쉽다.
당업자에게 명백하겠지만, 본 발명의 폴리머는 말레이미드 및 N-비닐락탐 반복 단위를 제외한 추가의 반복 단위를 포함할 수 있다. 그러한 반복 단위의 예는, 라디칼 부가 중합에 의해 폴리머 사슬에 내포될 수 있는 모노머 또는 프리폴리머, 전형적으로는 당업자에게 알려져 있는 중합가능한 에틸렌형으로 불포화된 임의의 화합물을 포함한다. 그러한 중합가능한 에틸렌형으로 불포화된 화합물의 예는, 제한되지는 않지만, 스티렌 및 (메트)아크릴레이트를 포함한다.
본 발명의 구현예에서, 말레이미드 및 N-비닐락탐 반복 단위의 합계량은 폴리머 중 반복 단위의 상당한 부분을 차지한다. 전형적으로는, 상기 반복 단위는 폴리머 사슬의 반복 단위의 수 기준으로, 약 50% 이상, 예를 들면 약 755 이상, 예컨대 약 905 이상을 구성한다. 100%의 말레이미드 및 N-비닐락탐을 상정할 수도 있다.
본 발명의 폴리머에 있어서, 말레이미드 반복 단위와 N-비닐락탐 반복 단위간의 개수 비는, 예를 들면 1:10 내지 10:1 범위, 바람직하게는 1:2 내지 2:1 범위, 예를 들면 약 1:1일 수 있다.
상기 비가 1:1에 가까울수록, 중합시 폴리머 조성이 더 안정해지고, 이러한 공중합이 교대형에 가깝기 때문에, 중합시 조성물의 공급을 동일한 폴리머 조성이 유지되도록 근접하게 조절할 필요성이 적어진다.
높은 비(과량의 말레이미드)는 짧은 폴리머를 초래할 것이다. 낮은 비율(과량의 N-비닐락탐)은, 폴리머가 정상적으로는 사이드-기 Sx를 구비한 말레이미드이기 때문에, 사이드-기(Sx) 함량이 적은 폴리머를 초래할 것이다.
본 발명의 코폴리머는 NMP 및 PGMEA와 같은 표준 용매 중에 가용성이며, 따라서 상기 폴리머의 용액은 통상적 적층 방법, 예를 들면, 제한되지는 않지만, 스핀-코팅, 분무-코팅, 닥터블레이드 코팅, 롤-코팅, 플렉스프린팅(flexprinting), 잉크-젯 프린팅, 디핑 등의 방법에 의해 기판 상에 적층될 수 있다.
상기 폴리머는 중합된 상태로 제조되고 용해될 수 있으므로, 정렬층은 기판 상의 적층 후, 단순히 용매를 증발시킴으로써 용이하게 얻어질 수 있다. 이는 정렬층을 얻기 위해 과다한 가열이 필요하지 않기 때문에 온도 민감성 기판의 사용을 가능하게 한다.
또한, 상기 폴리머는 적층 후 경화를 필요로 하지 않기 때문에, 적층에 이어서 매우 얇은 용매 막의 증발을 포함할 뿐이므로, 기판 상에 정렬층을 형성하는 데 걸리는 총 시간이 매우 짧다.
전형적으로는 말레이미드 환 질소를 통해 말레이미드 모노머에 부착된 펜던트 사이드-기 Sx는 예를 들면 다음 중에서 선택되는 사이드-기를 포함할 수 있다: 플루오르화와 같이, 선택적으로 치환된, 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 아릴기 및 알킬아릴기, 앵커링 사이드-기, 가교결합형 사이드-기, 이온 운동 억제형 사이드-기, 반응성, 바람직하게는 광-반응성 사이드-기, 광-응답성 사이드-기 및 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기. 그러나, 본 발명에서 사용하기 위한 다른 사이드-기를 생각할 수도 있다.
사이드-기 Sx는, 필요할 경우에, 각각 전형적으로는 0?30개의 연결 원자, 예를 들면 0?5개 및 15개의 연결 원자를 포함하는 스페이서 기 L에 의해 폴리머 골격에 부착될 수 있고, 여기서 0개의 연결 원자는 상기 사이드-기가 직접적인 결합을 통해 폴리머 골격에 직접 부착되어 있는 경우를 나타낸다. 그러나, 30개 연결 원자보다 긴 스페이서 기를 본 발명에서 사용하는 것을 생각할 수도 있다.
스페이서 기 L은 예를 들면 말레이미드 환 질소에 대한 사이드-기 Sx의 부착을 촉진시키는 데 활용될 수 있고, 또한 부착된 사이드-기의 이동성(mobility)을 증가시키는 데 활용될 수 있다.
스페이서 기 L는 전형적으로는, 선택적으로 치환된 포화 또는 불포화 탄화수소 사슬, 예를 들면 알킬, 알케닐, 아릴, 알킬아릴, 알콕시 또는 폴리에테르, 아릴옥시 기, 실록산 사슬이다. 전형적인 예는 C5-C15 알킬 또는 알킬옥시 사슬을 포함한다.
본 발명의 구현예에서, 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기 S1는 본 발명의 폴리머에 부착될 수 있다.
예를 들면, 액정 물질의 분자(메소겐)는 전형적으로 그러한 두드러진 형상 이방성을 나타내는 분자이다.
여기서 사용되는 "두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기"라는 용어는 실제 환경에서 두드러진 형상 이방성을 가진 분자를 의미한다. 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기는 그것의 단축과 장축 사이의 뚜렷한 차이를 나타내고, 구조적으로 비교적 견고하다.
본 발명의 구현예에서, 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기는 메소제닉(mesogenic) 사이드-기이다.
Handbook of Liquid Crystals, vol 1 Fundamentals, pub. John Wiley & Sons Inc, 1988에 정의된 바에 따르면, "메소제닉"이라는 용어는 일반적으로 중간상(mesophase) 형성과 상용성을 가진 구조에 관한 것이다. 이 정의는 본 명세서 전체에 걸쳐 사용된다.
따라서, 메소제닉 사이드-기는 메소제닉 구조를 가진 사이드-기이다.
"Handbook of Liquid Crystals(상기)"에서, 메소겐은 "준결정 화합물(mesomorphic compound)", 즉 온도, 압력 및 농도의 적합한 조건 하에서 중간상, 즉 액정상으로서 존재할 수 있는 화합물과 동일하다.
메소겐은 두드러진 형상 이방성을 가진 분자의 전형적인 예이다. 따라서, 메소겐을 포함하는 사이드-기는 이 정의에 포함된다. 반면에, 사이드-기는 메소제닉 사이드기가 되기 위해 메소겐이어야 할 필요는 없고, 또한 메소겐이 아닌 메소제닉 사이드-기가 본 발명에서 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
두드러진 형상 이방성을 가진, 본 발명에 따른 사이드-기 S1는 선형, 봉형 또는 막대기형과 같은 칼라미트형(calamitic), 디스코틱(discotic), 새니딕(sanidic), 피라미드형, 굴곡형(바나나로도 지칭됨), 갈매기형(chevron), 또는 두드러진 형상 이방성을 나타내는 다른 형상을 가질 수 있다.
기판의 표면 성질은 적어도 기판 표면과 액정층 사이의 계면에서 상기 기판 표면에 접촉해 있는 액정층의 메소겐의 배향에 영향을 준다.
전형적으로, 계면 조건은 액정층을 통해 전파되므로, 전체 액정층 배향은 계면에서의 배향에 의해 영향을 받는다.
액정층의 배향에 영향을 주기 위해서는 두 가지 주 경로가 이용된다. 하나의 경로(표면 에너지 경로)는 하기 실시예 10에서와 같이 수직형 배향(낮은 표면 에너지)을 증진시키는 액정 물질의 테일(tail)과의 상용성을 증가시키거나, 하기 도 12에서와 같이 평면형 정렬(높은 표면 에너지)을 증진시키는 메소제닉 코어(core)와의 상용성을 증가시키기 위해 일반적 표면 성질을 이용하는 방법이다. 다른 하나의 경로는 액정을 정렬시키기 위해 입체적 상호작용을 이용하는 방법이다. 그러한 입체적 상호작용은, 선형, 막대기형 및 디스크형과 같은 두드러진 형상 이방성을 가진 기를 나타내는 기판 표면에 액정층이 접촉되어 있을 때 특히 두드러지며, 그 결과, 액정층과 기판 표면간의 계면의 메소겐은 기판 표면 상에 나타난 정의된 형상 이방성을 가진 기의 배향으로 정렬되는 경향이 있다.
예를 들면, 상기 기를 나타내는 기판 표면은, 선형, 막대기형 및 디스크형과 같은 형상 이방성을 가지며, 기판 표면에 대해 본질적으로 평면 상태로 정렬되고, 기판 표면 쪽의 계면에서의 메소겐도 기판 표면에 대해 평면 상태로 정렬되는 경향이 있다.
반면에, 형상 이방성이 기판 표면에 대해 본질적으로 수직으로 정렬되어 있는 기를 나타내는 기판 표면을 활용하면, 기판 표면 쪽의 계면에서의 메소겐도 기판 표면에 대해 수직으로 정렬되는 경향이 있다.
대안적으로, 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기는 상기 계면에서 액정층의 메소겐의 배향에 맞추어 정렬된다.
본 발명의 폴리머 내에 정의된 형상 이방성을 가진 사이드-기를 활용함으로써, 액정 장치의 LC-층과 같은 액정 물질은 폴리머 골격에 부착된 사이드-기의 배향에 맞추어 정렬되는 경향이 있다.
따라서, 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기를 가진 본 발명의 폴리머는 그러한 배향막과 상기 배향막에 접촉 상태에 있는 액정층 사이의 적어도 계면에서 메소겐의 배향에 영향을 주기 때문에, 액정 장치의 배향막으로서, 또는 배향막에 유리하게 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 선형, 막대기형 및 디스크형과 같은 두드러진 형상 이방성을 가지며, 계면에서의 메소겐의 평면형 정렬, 즉 본질적으로 기판 표면에 대해 평행인 정렬을 유도하는 사이드-기 S1a가 본 발명의 폴리머에 부착될 수 있다. 그러한 폴리머를 기재로 하는 정렬층은 액정층의 평면형 정렬을 증진시키는 데 이용될 수 있다. 그러한 폴리머의 예시적인, 비제한적 예는 하기 실시예 6에 기재되어 있다.
또 다른 구현예에서, 선형, 막대기형 및 디스크형과 같은 두드러진 형상 이방성을 가지며, 계면에서의 메소겐의 수직형 배향, 즉 본질적으로 기판 표면에 대해 직각인 정렬을 유도하는 사이드-기 S1b가 본 발명의 폴리머에 부착될 수 있다. 그러한 폴리머를 기재로 하는 정렬층은 액정 분자의 수직형 배향을 증진시키는 데 이용될 수 있다. 그러한 폴리머의 예시적인, 비제한적 예는 하기 실시예 1?3에 기재되어 있다.
예를 들면, 두드러진 형상 이방성을 가진 선형 사이드-기에 있어서, 사이드-기의 사이드-온 부착(side-on attachment)은 폴리머 표면을 따라 장축을 구비하여 수평형(평면형) 정렬을 증진시킬 수 있다. 반면에, 선형 사이드-기의 엔드-온 부착(end-on attachment)은 장축이 폴리머 표면에 대해 직각인 상태로 수직형(호메오트로픽) 정렬을 증진시킬 수 있다. 그러나, 굴곡 형상(이른바 바나나 형상)을 가진 사이드-기의 경우에, 폴리머 골격에 대해 사이드-온 부착은 액정 분자의 경사진 정렬을 증진시킬 수 있고, 엔드-온 부착은 액정 분자의 평면형 정렬을 증진시킬 수 있다.
두드러진 형상 이방성을 가진 "선형" 사이드-기도 칼라미틱, 막대기형 및 봉 형상 사이드-기와 같은 여러 가지 용어로 알려져 있다. 선형 사이드-기는 분자의 주된 연장을 따라 연장되는 명확히 한정된 장축과, 장축에 대해 직각인 단축을 가진다.
여기서 사용되는 "엔드-온 부착"이라는 용어는 사이드-기 분자의 장축의 말단 또는 말단 근방에서 사이드-기에 부착되어 있는 스페이서에 의해 폴리머 골격에 부착되어 있는, 두드러진 형상 이방성을 가진 선형 사이드-기를 의미하며, 상기 스페이서는 본질적으로 사이드-기의 장축에 대해 평행이다. 예를 들면, 칼라미틱 메소제닉 기와 같은 봉형 사이드-기에 있어서, 부착점은 사이드-기의 말단부 중 하나에 또는 그 근방에 있다.
여기서 사용되는 "사이드-온 부착"이라는 용어는, 스페이서가 사이드-기 분자의 장축에 대해 본질적으로 직각이 되도록 사이드-기에 부착되어 있는 스페이서에 의해 폴리머 골격에 부착되어 있는 두드러진 형상 이방성을 가진 선형 사이드-기를 의미한다.
액정에 관한 용어의 추가의 정의 및 관련된 용어에 대해, "저분자량 및 폴리머 액정에 관한 기본적 용어의 정의"(IUPAC Recommendations 2001, Pure Appl Chem, Vol 73, No 5, pp 845-895, 2001)를 참고하며, 그 내용은 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 구현예에 있어서, 앵커링 사이드-기 S4는 하부 기판에 폴리머를 고정시키는 데에 바람직하게 사용될 수 있다. 앵커링 사이드-기 S4는 전형적으로 폴리머 골격으로부터 이격된 단부에 있는 작용기를 구비한, 선택적으로 치환된 C2 내지 C20, 예를 들면 C2 내지 C8, 탄화수소 사슬이며, 그 작용기는 기판의 표면 상의 화학적 기에 대해 공유 결합, 이온 결합 또는 수소 결합과 같은 결합을 형성할 수 있고, 그 예로는, 제한되지 않지만, 유리 표면 상의 자유 수산기, 예를 들면 기판 표면의 예비 활성화에 의해 도입되는 에폭시, 아미노, 티올 또는 이소시아노 기이다.
앵커링 사이드-기에 적합한 그러한 작용기의 비제한적 예는 아미노, 하이드록시, 이소시아노, 및 글리시딜 기를 포함한다. 당업자는 기판 물질에 따라 앵커링 사이드-기 상의 적합한 작용기를 선택할 수 있을 것이다.
앵커링 사이드-기 S4의 비제한적 예는 이하의 구조식 (III) 내지 (VI)에 개시되어 있고, 여기서 Z는 앞에서와 같이 폴리머 골격의 일부를 나타내고, L은 바람직하게는 알킬 스페이서와 같은 1?10개의 스페이서 원자, 예컨대 1?5개의 스페이서 원자의 길이를 가진 스페이서기이다:
Figure pct00007
유리 전이 온도 Tg, 탄성률, 적층된 막의 응집성, 막의 평탄성, 습윤성, 표면 에너지 등과 같은 본 발명의 폴리머의 물리화학적 성질은, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴, 폴리에테르, 실록산 또는 알코올과 같은 플루오르화, 분지형 또는 직쇄형 지방족 및 방향족 기와 같은 치환되거나 할로겐화된 헤테로원자 선택적으로 치환된 기로부터 선택된 사이드-기 S5를 포함하는 반복 단위를 폴리머 골격에 내포시킴으로써 얻고자 하는 값으로 조절될 수 있다. 이러한 성질들, 특히 표면 에너지는 액정의 배향 방향 및 앵커링 강도에 크게 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
S5 사이드-기의 전형적인 예는 퍼플루오르화와 같은 플루오르화 C1-C18-알킬, 예컨대 C4-C12-알킬 또는 -알코올, 및 스페이서 L로서 앞에 기재된 기들을 포함한다.
예를 들면, S5 사이드-기가 알킬 사슬일 때, 폴리머의 Tg는 일반적으로 알킬 사슬의 길이에 비례하여 감소한다. 반면에, S5 사이드-기가 아릴기일 때, 폴리머의 Tg는 일반적으로 증가한다.
반복 단위의 일부가, 전술한 바와 같이 두드러진 형상 이방성을 가진 사이드-기 S1에 의해 작용화되어 있는 본 발명의 폴리머에 있어서, 상기 폴리머는 또한 사이드-기 S5에 의해 작용화되어 있는 반복 단위를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 폴리머에 있어서, S1 대 S5의 비는 1:100 내지 100:1, 전형적으로는 약 1:1 내지 1:20 범위이다. 그러나, S1 또는 S5 사이드-기만을 가진 본 발명의 폴리머도 몇몇 응용에 있어서는 양호하게 이용될 수 있음을 알아야 할 것이다.
본 발명의 구현예에 있어서, 이온 운동 억제형 S6 기는 LC 벌크 물질에서 가동성 이온의 농도를 낮추고, 그에 따라 LC 벌크 물질의 전도도를 낮추기 위해 정렬층에 사용될 수 있다. 이온 운동 억제형 기는 전형적으로 이온을 끌어당기는, 극성이 강한, 비이온성 기이다. 이온 운동 억제형 기의 예는 수산기 및 그 밖의 코로난드(coronand)와 같은 이온 트랩(ion trap)으로 통상적으로 알려져 있는 물질을 포함한다.
본 발명의 구현예에 있어서, 본 발명의 조성물 중의 폴리머는, 예를 들면, 동일한 폴리머 골격 내에 2개의 반복 단위를 연결하는 내부적 가교결합 또는 2개의 분리된 폴리머 골격을 연결하는 외부적 가교결합에 의해, 2개의 분리된 반복 단위를 연결하는 가교결합기에 의해 가교결합될 수 있고, 여기서 2개의 반복 단위 중 적어도 하나는 본 발명의 폴리머를 나타낸다. 본 발명의 하나의 폴리머를 또 다른 폴리머와 연결시키는 가교결합기를 사용할 수도 있다.
본 발명에서, 가교결합은 바람직하게는 이하에 기재된 것과 같은 광-반응성 기에 의해 실행되지만, 열적으로 유도된 반응 및 폴리머에 부착된 임의의 반응성 기를 사용하여 실행될 수도 있다.
본 발명의 코폴리머는 반응성인, 바람직하게는 광-반응성 사이드-기 S7를 포함할 수 있다. 반응성 사이드-기는, 온도 유도형 변화에 덜 민감하게 만들기 위해 얻어진 정렬층의 배열을 고정시키는 데 사용될 수 있다.
형상 이방성을 가진 광-반응성 사이드-기는 예를 들면 선형으로 편광된 광으로 조사함으로써 얻고자 하는 배향으로 정렬될 수 있다. 즉, 편광에 비해 특별한 배향을 가진 기들만을 이량화/중합하는 데 광을 사용할 수 있고, 그에 따라 폴리머 중의 그러한 기의 바람직한 배향을 얻을 수 있다.
이것은 광-배향이 종종 물질을 정렬시킬 수 있고 또한 가교결합시킬 수 있어서 정렬 배향이 동시에 보다 높은 열 안정성을 얻게 되는 1단계 공정일 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 광-배향은 또한 오늘날 사용되는 러빙법이 일으킬 수 있는 먼지, 스크래치 또는 정전기 방전을 도입하지 않는 이점을 가진다. 또한 정확하게 제어하는 것이 용이하여 높은 수율을 가져온다.
반응성 사이드-기의 이량화/중합은 하나의 동일한 폴리머 골격에 부착된 2개의 반응성 사이드-기 사이, 또는 분리된 폴리머 골격에 부착된 2개의 반응성 사이드-기 사이에서 달성될 수 있다.
형상 이방성을 가진 광-반응성 기로서 열거할 수 있는 예는, 제한되지는 않지만, 칼콘(chalcone), 쿠마린(coumarin), 및 신나모익(cinnamoic)을 포함한다.
본 발명의 코폴리머는 광-응답성 사이드-기 S8를 포함할 수 있다.
형상 이방성을 가진 광-응답성 사이드-기는 예를 들면 선형으로 편광된 광을 사용한 조사에 의해 원하는 배향으로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 반응성 기와 함께 광을 사용하여 사이드-기를 배향시키고, 그 후 전술한 바와 같은 이량화/중합을 이용하여 상기 광-반응성 기와 동일한 이점을 가진 얻어진 배향을 액정 정렬로 비가역적으로 정착시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 배향이 형상 이방성을 가진 광 응답성 기에 의해 실행될 수 있기 때문에, 광 반응성 기는 형상 이방성을 가질 필요가 없다.
대안적으로, 광-응답성 기는 상승된 온도에서 광에 의해 배향될 수 있고, 그 후 온도가 저하됨으로써 배향의 가역적 정착이 달성된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 광-응답성 기는, 제한되지는 않지만, 아조-함유 기, 스틸벤 등을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 폴리머의 광-배향은 임의의 광-응답성 및/또는 광-반응성 사이드-기 S7의 존재와는 무관하게 UV 광을 이용하여 폴리머 골격의 광-배향에 의해 달성될 수 있다. 그러한 폴리머 골격의 광-배향은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 우선, 본 발명에 따른 하나 이상의 폴리머를 포함하는 배향막 물질이 제공된다. 배향막 물질은 이하에 기재된 바와 같이 기판 상에 코팅될 수 있다. 다음으로, 폴리머 골격의 광-배향을 달성하기 위해서, 배향막 물질을 200?300nm 범위의 파장을 가진 선형으로 편광된 UV 광으로 조명한다. 예를 들면, UV 광은 230?270nm, 예컨대 약 250nm의 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 측면에서 정의된 링커 및/또는 사이드-기에 의해 작용화된 말레이미드 모노머는 해당 기술 분야에 잘 알려져 있는 방법에 따라 합성될 수 있다.
예시적인 합성 공정은 본 명세서의 하기 실시예 섹션에 기재되어 있다.
예를 들면 무수 말레산을 아민과 반응시켜 작용화된 말레이미드 모노머를 형성할 수 있다.
대안적으로, 말레이미드(말레이미드 환 질소에 수소가 연결되어 있는)를 알코올과 반응시켜 작용화된 말레이미드를 형성할 수 있다.
양면형 액정 장치(100)가 도 2에 도시되어 있는데, 이것은 서로 간격을 두고 떨어져 있는 제1 기판(101) 및 제2 기판(102)을 포함한다. 상기 기판들(101, 102) 사이의 공간에 액정 물질(103)이 상기 두 기판(101, 102) 사이에 삽입되어 있다.
제1 기판(101) 상에는, 액정 물질(103)과 접촉 상태에 있는 본 발명의 표면-디렉터 배향막(104)이 설치되어 있다.
본 발명의 폴리머 상의 앵커링 사이드-기의 존재에 따라, 표면-디렉터 배향막(104)은 기판(101)에 화학적으로 결합될 수 있다.
표면-디렉터 배향막(104)은 전술한 바와 같이 본 발명의 하나 이상의 폴리머를 포함하므로, 이 표면-디렉터 배향막(104)은 적어도, 표면-디렉터 배향막(104) 쪽의 계면 또는 그 근방에서 액정 물질(103)의 호메오트로픽 정렬을 증진시킨다.
당업자는 본 발명의 액정 장치(100)가 액정 물질(103)에서 전기장을 얻는 수단을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 전기장의 변화는 전형적으로 액정 물질의 스위칭에 영향을 준다. 예를 들면, 그러한 수단은 한 쌍의 전극으로 표시될 수 있다. 도 1에 기재된 구현예에서, 제1 전극(105)은 정렬층(104)과 기판(101) 사이에 배치되고, 제2 전극(107)은 제2 기판(102) 상에 배치되어 있다.
표면-디렉터 배향막(104)은 액정 물질(103)의 표면-디렉터의 호메오트로픽 정렬을 유도할 것이다.
제2 정렬층(106)은 제2 기판(102)과 액정 물질(103) 사이에 배치되어 있다. 이 제2 정렬층도 본 발명의 폴리머를 포함할 수 있고, 또는 대안적으로 다른 종류의 배향막 물질로 되어 있을 수 있다.
실시예
본 발명을 보다 구체적으로 예시하는 이하의 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제시되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 알아야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
다음과 같은 물질을 제외하고는 상업적으로 입수가능한 화합물이 입수된 상태로 사용된다: i) N-비닐-피롤리돈(NVP) 및 N-비닐-카프로락탐을 첨가된 안정화제의 제거를 위해 사용 전에 산화알루미늄에 통과시킨다. ii) 건조 THF가 필요할 때, 통상적 THF를 사용 전에 산화알루미늄에 통과시킴으로써 건조한다. THF의 건조 및 NVP의 정제용으로는, 산화알루미늄 활성화된 중성 Brockmann 1, 58Å, (CAS 1344-28-1)을 사용했다.
하기의 모든 실시예에서, 폴리머의 제조를 위해 당업자에게 잘 알려져 있는 표준 반응을 이용했다. 폴리머계 정렬 물질은 예를 들면 작용화된 말레이미드와 N-비닐 피롤리돈의 공중합에 의해 제조될 수 있다. 이들 물질 및 사용된 사이드-기의 제조를 아래에 제시한다.
Figure pct00008
N- 도데실말레이미드 ( VIII ): 도데실아민을 클로로포름 중에 용해시키고, 등량의 무수 말레산을 첨가한다. 실온에서 2시간 동안 교반한 후, 용매를 제거한다. 형성된 아믹산을 정제하지 않은 상태로 사용하여 무수 아세트산 중에 용해시키고, 등량의 소듐아세테이트를 첨가한다. 혼합물을 6?8시간 동안 환류시킨 다음, 진공 하에서 용매를 제거한다. 잔류물을 짧은 실리카 겔 컬럼에 통과시키는데 용리액으로는 석유에테르/에틸 아세테이트 2/1 또는 4/1을 사용한다. 이 공정은 옥틸 내지 적어도 헥사데실까지의 아민에 대해 양호하게 진행된다. 헥실 및 그보다 짧은 것으로부터의 이미드는 액체이므로, 상기와 동일한 조건을 이용하여 보다 주의 깊게 크로마토그래피를 수행해야 한다. 수율: 41%. NMR (CDCl3): δ, 패턴, 양자수; 0.85, t, 3; 1.25, m; 2.6, m, 2; 3.5, t, 2; 6.7, s, 2.
말레이미드 XI : 4.2g(9.55mmol) II, 0.93g(9.55mmol) 말레이미드, 및 2.5g(9.55mmol) 트리페닐포스핀을 건조 테트라하이드로퓨란 40ml 중에 용해시켰다. 디에틸아조디카르복실레이트(DEAD) 9.55mmol(4.4ml, 톨루엔 중 40% 용액)을 반응 혼합물에 적하하여 첨가했다. 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반하고, 건조될 때까지 증발시켰다. 잔류물을 석유 에테르/에틸 아세테이트 2/1 중에 취하고, 실리카 겔 상의 크로마토그래피에 의해 정제했다. 수율: 2.8 g 56%. NMR (CDCl3): δ, 패턴, 양자수; 1.0, t, 3; 1.1-1.6 3m, 약 20; 1.8, m, 4; 3.5, t, 2; 4, t, 2; 4.4, t, 2; 6.7, s, 2; 7.0, d, 2; 7.6, 2d, 4; 8.1, d, 2.
말레이미드 XIII : 6.5g(13mmol) IX, 1.26g (13mmol) 말레이미드, 및 3.4g(13mmol) 트리페닐포스핀을 건조 테트라하이드로퓨란 100ml 중에 용해시켰다. 디에틸아조디카르복실레이트 13mmol(5.9ml, 톨루엔 중 40% 용액)을 반응 혼합물에 적하하여 첨가했다. 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반하고, 건조될 때까지 증발시켰다. 잔류물을 톨루엔/에틸 아세테이트 4/1 중에 취하고, 실리카 겔 상의 크로마토그래피에 의해 정제했다. 수율: 4.0g 53%. NMR (CDCl3): δ, 패턴, 양자수; 0.9, t, 3; 1.1-1.6, 3m; 1.8, m, 4; 3.5, t, 2; 3.9, t, 2; 4.1, t, 2; 6.7, s, 2; 6.9, 2d, 4; 7.1, d, 2; 8.1, d, 2.
말레이미드 XV : 1.5g(4mmol) XIV, 0.40g(4.1mmol) 말레이미드 및 1.13g(4.1mmol) 트리페닐포스핀을 건조 THF 20ml 중에 용해시키고, 디에틸아조디카르복실레이트 0.72mmol(4.1mmol)을 2.19M 용액으로서 첨가했다. 반응 혼합물을 실온에서 5시간 동안 교반했다. 용매를 제거하고, 잔류물을 석유 에테르/에틸 아세테이트 2/1 중에서 환류시키고, 고온에서 여과했다. 진공 하에서 용매를 제거하고, 잔류물을 메탄올로부터 재결정하여 오염된 생성물을 수득했다.
용리액으로서 석유 에테르/에틸 아세테이트 2/1을 사용한 크로마토그래피로, 재결정 실험중에 손실로 인한 저수율의 순수 생성물을 얻었다. 수율: 0.3g 0.6mmol, 17%. NMR (CDCl3): δ, 패턴, 양자수; 0.9, t, 3; 1.3-1.7, 3m, 12; 1.8, m, 4; 3.6, t, 2; 4, t, 4; 6. 7, s, 2; 6.93, m, 4; 7.45, m, 4.
Figure pct00009
일반적으로, 모노머용으로 스킴 IV에 기재된 두 가지 방법 중 하나가 사용된다. 말레이미드를 제조하는 공지의 다른 방법을 사용할 수도 있다.
Figure pct00010
말레이미드를 제조하는 제3의 방법이 상기 스킴 VI에 나타나 있다. 모든 물질은 공급자로부터 제공된 상태로 사용되었다. 모든 단계는 질소 분위기 하에서 실행되었다.
톨루엔 30ml 중의 무수 말레산 용액(10mmol, 980mg)을 교반하면서 에틸아닐린(10mmol, 1220mg)을 첨가했다. 침전물이 생성되는 동안 용액을 1시간 동안 교반했다. ZnBr2(10mmol, 2250mg)을 첨가하고, 용액을 80℃로 가열했다. 고온에서, 헥사메틸디실라잔(HMDS)(14mmol, 2250mg)을 15분 동안에 주사기로 적하하여 첨가했는데, 너무 빨리 첨가하면 숯(char)의 형성을 초래할 수 있기 때문이다. 1시간 동안 가열한 후, 반응 혼합물을 0.5% HCl 180ml 중에 쏟아넣고, 150ml의 EtAc로 수상을 2회 추출했다. 이어서, 유기상을 포화 NaHCO3 150ml 및 소금물로 차례로 세척했다. 용액을 건조하고, 용리액으로서 톨루엔/EtAc 19/1을 사용한 크로마토그래피로 정제했다. 수율은 66%였다.
폴리머 합성
실시예 1: 수직 정렬( VA )을 증진시키는 코폴리머
Figure pct00011
말레이미드 XIII 0.4mmol(225mg), N-도데실말레이미드 VIII 1.6mmol(424mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 2.0mmol(222mg) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을, 둥근 바닥 플라스크에서 벤젠 10ml 중에 용해시키고, 플라스크를 고무 격막으로 밀봉했다. 주사 바늘로 격막을 통해 진공을 적용한 다음, 질소를 주입했다. 진공-질소 주입 사이클을 10회 반복하여 플라스크 내의 산소를 배출시켰다. 플라스크를 60℃로 가열된 오일 배스 중에서 가열했다. 15시간 후, 용액을 메탄올 중에 쏟아넣고 형성된 폴리머를 침전시켰다. 폴리머를 클로로포름으로부터 메탄올 중에 2회 재침전시키고, 마지막으로 클로로포름으로부터 아세톤/메탄올 1/3 혼합물로 1회 침전시켰다. 용매를 경사 분리하고, 순수 메탄올을 가했다. 최종적으로, 폴리머를 병에 넣고, 핫 플레이트 상에서 가열하여 잔류 용매를 제거했다. 마지막 미량의 용매는 폴리머를 진공 오븐에서 2시간 동안 60℃로 가열함으로써 제거되었다. 수율: 0.7g, 80%. NMR (CDCl3): δ, 패턴; 0.9, t; 넓은 주쇄 신호의 상부에 1-5 사이드-기 신호; 6.9, 2d; 7.1, d; 8.1, d. 메소겐/알킬 비에 관한 폴리머 조성은 1H NMR에서 메틸 및 방향족 신호를 이용하여 판정되었고, 1/4.2인 것으로 밝혀졌다. 이것은 사이드-기의 19.2%가, 피롤리돈 기를 무시할 때, 메소겐임을 의미한다.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 네거티브 유전 이방성(△ε＜0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6608로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 호메오트로픽, 즉 기판 법선(substrate normal)을 따른 것이었다. 이어서, 기판 법선으로부터 액정 정렬의 바람직한 방향의 프리틸트(pre-tilt) 각을 Muller 매트릭스 스펙트로미터를 이용하여 측정했다. 정렬층을 기계적으로 러빙하면, 1도 미만의 작은 프리틸트가 얻어진다.
정렬층은 또한 양호한 열 안정성을 나타냈다.
실시예 2: 코폴리머 XXVI
Figure pct00012
VA 코폴리머: 메소제닉 말레이미드 XIII 0.5mmol(331mg), 퍼플루오로헥실 프로필 말레이미드 XXV 0.5mmol(228mg), 도데실말레이미드 1.5mmol(400mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 2.5mmol(277mg), 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.15mmol(25mg)을 벤젠 25ml 중에 용해시켰다. 60℃의 오일 배스에서 40시간 동안 중합을 실행했다. 수 ml의 클로로포름으로부터 메탄올 내로 3회, 메탄올/아세톤 2/1 중에 1회 재침전시킴으로써 최종적 폴리머 XXVI를 얻었다.
상기 물질을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 테스트하여 유사한 수율 및 성질을 얻었다. 상기 물질은 플루오르화 기가 가지는 낮은 표면 에너지로 인해 충전 속도가 느린 수직형 배향을 나타낸다.
실시예 3: 높은 Tg 의 VA 폴리머
Figure pct00013
말레이미드 XIII 0.40mmol(180mg), N-페닐말레이미드 1.6mmol(277mg), N-비닐 피롤리돈 2.0mmol(222mg), 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을 벤젠 10ml 중에 용해시켰다. 혼합물을 중합하고, 실시예 1에 기재된 공정에 따라 실행했다. 수율: 0.26g, 38%. NMR (CDCl3): δ, 패턴; 0.9, bs; 넓은 주쇄 신호의 상부에서 1.1-5 사이드-기 신호; 6.9, bs; 7.0-7.6, bs.
굳은 사이드-기와 메소겐으로 인해 유리 전이 온도는 연질 알칸 사슬의 경우에 비해 증가될 수 있다. 이 물질은 약 200℃의 Tg를 나타낸다. 이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 이 셀은 네거티브 유전 이방성(△ε＜0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6608로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 호메오트로픽, 즉 기판 법선을 따른 것이었다. 이어서, 기판 법선으로부터 액정 정렬의 바람직한 방향의 프리틸트 각을 Muller 매트릭스 스펙트로미터를 이용하여 측정했다. 정렬층이 기계적으로 러빙되면, 프리틸트가 얻어진다.
정렬층은 또한 양호한 열 안정성을 나타냈다.
실시예 4
Figure pct00014
N-비닐 ε-카프로락탐 XXX와의 VA 코폴리머: 말레이미드 XIII 0.4mmol(225mg), N-도데실말레이미드 VIII 1.6mmol(424mg), N-비닐 ε-카프로락탐 2.0mmol(278mg) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을, 둥근 바닥 플라스크에서 벤젠 10ml 중에 용해시키고, 플라스크를 고무 격막으로 밀봉했다. 주사 바늘로 격막을 통해 진공을 적용한 다음, 질소를 주입했다. 진공-질소 주입 사이클을 10회 반복하여 플라스크 내의 산소를 배출시켰다. 플라스크를 60℃로 가열된 오일 배스 중에서 가열했다. 15시간 후, 용액을 메탄올 중에 쏟아넣고 형성된 폴리머를 침전시켰다. 폴리머를 클로로포름으로부터 메탄올 중에 2회 재침전시키고, 마지막으로 플로로포름으로부터 아세톤/메탄올 1/3 혼합물로 1회 침전시켰다. 용매를 경사 분리하고, 순수 메탄올을 가했다. 최종적으로, 폴리머를 병에 넣고, 핫 플레이트 상에서 가열하여 잔류 용매를 제거했다. 마지막 미량의 용매는 폴리머를 진공 오븐에서 4시간 동안 70℃로 가열함으로써 제거되었다. 수율: 0.75g, 81%.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 네거티브 유전 이방성(△ε＜0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6608로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 호메오트로픽, 즉 기판 법선을 따른 것이었다. 이어서, 기판 법선으로부터 액정 정렬의 바람직한 방향의 프리틸트 각을 Muller 매트릭스 스펙트로미터를 이용하여 측정했다. 정렬층을 기계적으로 러빙하면, 1도 미만의 작은 프리틸트가 얻어진다.
실시예 5: 평면형 정렬( PA )을 증진시키는 코폴리머
Figure pct00015
말레이미드 XVI 0.4mmol(265mg), N-옥틸말레이미드 1.6mmol(334mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 2.0mmol(222mg) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을 벤젠 10ml 중에 용해시켰다. 실시예 1의 제조 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 0.66g, 80%. NMR (CDCl3): δ, 패턴; 0.9, t; 넓은 주쇄 신호의 상부에서 1-5 사이드-기 신호; 6.5, d; 6.9, d; 7.1, d; 8.0, d. 메소겐/알킬 비에 관한 폴리머 조성은 1H NMR에서 메틸 및 방향족 신호를 이용하여 판정되었고, 1/1.8인 것으로 밝혀졌다. 이것은 사이드-기의 36%가, 피롤리돈 기를 무시할 때, 메소겐임을 의미한다.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 균질형, 즉 기판에 대해 본질적으로 평행인 것이었다. 상기 정렬층은 또한 양호한 열 안정성을 나타냈다.
실시예 6
Figure pct00016
말레이미드 XVII 0.1mmol(67mg), N-헥실말레이미드 0.4mmol(1.6mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 0.5mmol(54mg) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.03mmol(5mg)을, 둥근 바닥 플라스크에서 벤젠 20ml 중에 용해시키고, 플라스크를 고무 격막으로 밀봉했다. 주사 바늘로 격막을 통해 진공을 적용한 다음, 질소를 주입했다. 진공-질소 주입 사이클을 10회 반복하여 플라스크 내의 산소를 배출시켰다. 플라스크를 60℃로 가열된 오일 배스 중에서 가열했다. 17시간 후, 회전식 증발기에서 대부분의 벤젠을 증발시키고, 용액을 메탄올 중에 쏟아넣고 형성된 폴리머를 침전시켰다. 폴리머를 클로로포름으로부터 메탄올 중에 2회 재침전시켰다. 최종적으로, 폴리머 XXXIV를 병에 넣고, 잔류 용매를 실온에서 제거했다. 수율: 0.10g, 44%.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 그러나, 샘플을 러빙하는 대신, 선형으로 편광된 광 하에 5mW/㎠로 15분간 두어 샘플을 배향시켰다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 균질형, 즉 기판에 대해 본질적으로 평행인 것이었다.
실시예 7: 모노머로서 XVIII 을 사용하여 상기 실시예 6의 공정에 따라 실행한 VA 코폴리머 .
Figure pct00017
말레이미드 XVIII 0.2mmol(118mg), N-옥틸말레이미드 1.8mmol(477mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 2.0mmol(222mg) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을 벤젠 10ml 중에 용해시켰다. 실시예 1의 제조 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 0.66g, 81%, 신남산 에스테르 5% 도데실기 95%. NMR (CDCl3): δ, 패턴; 0.9, t; 1-5 넓은 신호, 6.5, d; 6.9, d; 7.08, d; 7.5, d; 7.8, d.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 네거티브 유전 이방성(△ε＜0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6608로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 호메오크로픽, 즉 기판 법선을 따른 것이었다. 상기 정렬층은 또한 양호한 열 안정성을 나타냈다.
실시예 8: 알킬 사슬
Figure pct00018
N-옥틸말레이미드 209mg(1.0mmol), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 111mg(1.0mmol) 및 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 9.8mg(0.12mmol)을 벤젠 5ml 중에 용해시켰다. 상기 VA 코폴리머의 제조 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 0.23g, 72%. NMR (CDCl3): 패턴; 0.85, s; 1.2, s; 1.5, s; 1.6-4.5 넓은 신호.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 러빙 및 열적 조건에 따라 변동되었다. 알킬 사슬만을 가지고 있으므로, 상기 물질은 낮은 앵커링 강도 및 민감성 정렬을 가진다.
실시예 9
Figure pct00019
메소겐을 함유하지 않으므로, 상기 물질은 일반적으로 낮은 앵커링 강도와 상대적으로 더 민감한 정렬을 가진다.
플루오르화 사슬 200mg(0.44mmol), 알킬 사슬 184mg(0.88mmol), 활성 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 N-비닐 피롤리돈 146mg(1.32mmol), 및 AIBN 13mg을 벤젠 13ml 중에 용해시켰다. 실시예 1의 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 180mg, 34%.
상기 물질을 사용하여 실시예 8에서와 동일한 방법으로 셀을 만들었다. 상기 셀은 플루오르화 사슬로 인한 매우 낮은 표면 에너지 때문에 폴리머 XXXVI에 비해 매우 불량한 습윤 성질을 나타낸다.
실시예 10
Figure pct00020
변동형 알칸 사슬 길이를 가진 코폴리머. 8+12개의 알칸 사슬.
N-옥틸말레이미드 1mmol(209mg), N-도데실말레이미드 1mmol(265mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 2mmol(222mg) 및 2,2'아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을 벤젠 10ml 중에 용해시켰다. 실시예 1의 제조 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 0.55g, 79%.
상기 물질을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 셀을 만들었다. 상기 셀은 호메오트로픽 정렬을 나타낸다. 실시예 8에 비해 추가로 더 긴 알칸을 내포시킴으로써, 상기 물질의 VA 안정성이 증가되고, 이 물질은 실시예 8에 기재된 방법을 이용하여 테스트했을 때 호메오트로픽 정렬을 나타낸다. 상기 정렬은 실시예 1에서와 같이, 메소겐이 사용될 때보다 러빙 및 온도에 더 의존적이다.
실시예 11
Figure pct00021
N-부틸말레이미드 1mmol(153mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 1mmol(111mg) 및 2,2'아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.06mmol(9.7mg)을 벤젠 5ml 중에 용해시켰다. 실시예 1의 제조 방법에 따라 중합 및 워크업을 수행했다. 수율: 0.1g, 38%.
선행 실시예와는 대조적으로, 짧은 알킬 사슬이 사용될 때, PA 증진 성질이 증가되고, 부틸말레이미드계 코폴리머는 PA 정렬 및 더 높은 유리 전이 온도를 나타낸다. 상기 물질을 사용하여 실시예 8에서와 동일한 방법으로 셀을 만들었다. 상기 셀은 러빙-유도 프리틸트를 가진 평면형 정렬을 나타낸다.
이하의 일반적 방법 c2에 기재된 바와 같이 UV 광에 의해 배향되면, 상기 물질도 양호하고 균일한 평면형 정렬을 나타낸다.
실시예 12
Figure pct00022
PA 코폴리머 : 에틸-페닐-말레이미드 XXII 1mmol(201mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 1mmol(111mg) 및 2,2'아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.06mmol(10mg)을 벤젠 10ml 중에 용해시켰다. 60℃의 오일 배스에서 하룻밤 중합을 실행했다. 수 ml의 클로로포름으로부터 메탄올 내로 재침전을 3회 실시하여 정제했다. 수율: 0.180g, NMR (CDCl3) δ, 패턴; 양자수; 1.1-1.2 말단 에틸 탄소로부터 넓은 3중체; 넓은 주쇄 신호의 상부에서 1-5 사이드-기 신호; 6.9-7.35; 방향족 양자로부터 넓은 피크(폴리머 골격에 근접하기 때문에 넓음), 4.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 균질한, 즉 본질적으로 기판에 대해 평행한 것이었다. 정렬층도 양호한 열 안정성을 나타냈다.
이 물질은 PGMEA 및 NMP 중에 가용성이다. 높은 유리 전이 온도와 평면형 정렬을 가진 일반적인 "연장된" 골격으로서, 이것은 알칸 사슬의 대안으로서 다른 기를 첨가하기 위한 양호한 선택으로 보인다.
이하의 일반적 방법 c2에 기재된 바와 같이 UV 광에 의해 배향되면, 상기 물질도 양호하고 균일한 평면형 정렬을 나타낸다.
실시예 13
Figure pct00023
PA 코폴리머 : 에틸페닐 말레이미드 1mmol(201mg), 2-헥실옥시비페닐 말레이미드 0.5mmol(175mg), 산화알루미늄에 통과시켜 정제한 NVP 1.5mmol(166mg) 및 2,2'아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.09mmol(15mg)을 벤젠 15ml 중에 용해시켰다. 60℃의 오일 배스에서 22시간 동안 중합을 실행했다. 수 ml의 클로로포름으로부터 메탄올 내로 재침전을 3회 실시하여 정제했다. 생성물은 NMP 및 PGMEA 중에 가용성이다.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 균질한, 즉 본질적으로 기판 법선에 대해 평행한 것이었지만, 러빙 조건에 대해 매우 민감한 경사를 가졌다. 이하의 일반적 방법 c2에 기재된 바와 같이 UV 광에 의해 배향되면, 상기 물질은 양호하고 균일한 평면형 정렬을 나타낸다.
실시예 14
Figure pct00024
수산기에 의해 작용화된 말레이미드 코폴리머: 6-하이드록시헥실말레이미드 1.0mmol(197mg), N-옥틸말레이미드 1.0mmol(207mg), N-비닐 피롤리돈 2.0mmol(222mg) 및 2,2'아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(AIBN) 0.12mmol(19mg)을 벤젠 5ml와 에탄올 5ml의 혼합물 중에 용해시켰다. 혼합물을 60℃에서 15시간 동안 중합했다. 폴리머를 디에틸 에테르 중에서 침전시키고, 벤젠/에탄올로부터 에테르 중에 1회 재침전시켰다. 수율: 0.29g. NMR (CDCl3) δ, 패턴; 양자수; 0.75, bs; 1.35-1.75, 2개의 넓은 신호와 쇼울더; 1.8-4.5 넓은 신호, 각각 3.4 및 3.6에서 이미드 질소 및 알코올에 인접한 메틸렌 양자로부터 분리되지 않은 신호 포함.
얻어지는 코폴리머 XLIII의 약 0.16mmol -OH 기에 대응하는, 작용화로부터의 포토 코폴리머 100mg, 4-헥실옥시신남산(XLIV) 50mg(0.20mmol), 메틸렌 클로라이드 10ml 및 촉매량의 4-메틸아미노피리딘을, 모든 성분이 용해될 때까지 교반했다. 혼합물을 얼음조에서 냉각시키고, DCC(디시클로헥실카르바미드) 50mg(0.24mmol)을 소량의 메틸렌 클로라이드 중에 용해시키고 첨가했다. 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 교반했다. 형성된 우레아 침전물을 여과하고, 대부분의 용매를 진공 하에 제거했다. 폴리머를 메탄올 중에 침전시키고자 했으나 실패했다. 진공 하에 용매를 제거하고, 잔류물에 메탄올을 가하고 가열하여 환류시켰다. 고온인 상태에서 용매를 경사 분리하고, 상기 공정을 2회 반복했다. 이러한 워크업 방법은 정제를 필요로 하지만, 폴리머 XLV의 낮은 수율 40mg이 얻어졌다. NMR (CDCl3) δ, 패턴; 0.85, t; 넓은 주쇄 신호의 상부에 1.1-5 사이드 기 신호, 나머지 -CH2-OH는 N-CH2 상에 쇼울더로서 나타남; 6.25. d' 6.85, d; 7.45, d; 7.6, d. 신남산 에스테르/알킬 기 비는 1/1.5인 것으로 밝혀졌고, 수산기의 에스테르로의 변환율은 약 66%였다.
이 물질을, 기재된 공정에 따라 제조된 샌드위치 셀의 유리 기판의 내측 표면 상에 정렬층으로서 적층했다. 상기 셀은 포지티브 유전 이방성(△ε＞0)을 가진 네마틱 액정 MLC 6873-100으로 충전되어 있고, 정렬층에 의해 증진된 액정의 정렬의 종류를 명확히 하기 위해 편광 현미경으로 처음 검사된다. 이 셀에서 관찰된 정렬은 균질한, 즉 기판을 따른 것이었다. 상기 정렬도 양호한 열 안정성을 나타냈으며, UV 광에 의해 광-배향될 수 있었다. 본 실시예는 작용화에 의한 측쇄 말레이미드/비닐카프로락탐 코폴리머를 제조하는 매우 다양한 대안적 방법 중 하나를 예시하는 것이다.
액정 셀의 일반적인 제조 방법
a. 폴리머 용액의 제조
본 발명의 코폴리머로부터 제조된 정렬층을 NMP 및 PGMEA와 같은 용매 중 코폴리머의 0.2%?5% 용액으로서 적층한다. 상기 코폴리머 용액을 우선 0.2㎛ 필터를 통해 여과한다.
b. 코폴리머의 적층
상기 코폴리머 용액을, ITO로 만들어진 사전 제조된 투명한 전도성 전극을 구비한 청정 유리 기판의 표면 상에, 예를 들면 스피너에 의해(3,000rps의 속도로) 도포한다. 이어서, 용매를 제거하기 위해 상기 기판을 실온에서 적당한 시간 동안 유지시킨다. 이 공정은, 기판을 상승된 온도(80?120℃)에서 유지할 경우에는 더 짧을 수 있다.
c1 . 기계적 처리
본 발명의 코폴리머를 포함하는 정렬층, 예를 들면 평면형 정렬을 증진하는 층으로 커버된 기판을, 특정 방향을 따라 기계적으로 러빙할 수 있다. 수직형 배향을 증진하는 코폴리머로 만들어진 정렬층의 경우에는 러빙이 필요하지 않을 수 있다.
c2 . 코폴리머의 광-배향
광-민감성 코폴리머로 커버된 실험용 기판의 UV 조명을, UV 필터 없이 고압 수은 UV 램프로부터 5mW/㎠의 선형으로 편광된 광을 제공하는 표준 USHIO 장치에서 실행하였다. 상기 감광성 폴리머를 PGMEA 중 폴리머의 1중량% 용액으로부터 스핀 코팅에 의해 유리 기판 상에 적층했다. 이어서, 기판을 법선 입사되는 V 조명에 노출시켰다. 조사 시간은 15분이 되도록 선택되었다.
d. 셀 제조
서로 평행으로 조립되고 간격이 수 ㎛인 2개의 기판으로 실험용 셀이 구성된다. 기판간의 거리는 통상적으로 유리 또는 폴리머 스페이서에 의해 고정된다. 기판은 그 표면이 정렬층으로 커버된 상태로 서로 마주본다. 기판과 기판이 형성하는 셀 갭은 모세관 힘에 의해 액정으로 채워진다.
e. 코폴리머의 정렬 특성의 평가
본 발명의 코폴리머로 만들어진 정렬층에 의해 증진된 실험용 셀 중의 액정의 정렬에 대한 평가는 다음을 이용하여 수행된다:
ㆍ 광학적 편광 현미경 검사
ㆍ Muller 매트릭스 스펙트로미터(I. Dah., Meas. Sci. Technol. 12, 1938, 2001)
종합하면, 본 발명의 폴리머는 액정 장치용 정렬층 내 사용 또는 정렬층으로서 사용하기에 적합한 것으로 본 명세서에 나타나 있다.
당업자는 본 발명이 전술한 바람직한 구현예에 한정되지 않음을 인식할 것이다. 반면에, 첨부된 특허청구범위 내에서 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
101 기판, 102 기판, 103 액정 물질, 104 정렬층, 105 제1 전극, 106 제2 정렬층, 107 제2 전극

Claims (15)

  1. 표면-디렉터 배향막에 사용하기 위한 폴리머로서,
    상기 폴리머는 말레이미드 및/또는 그의 유도체 및 N-비닐락탐 및/또는 그의 유도체의 반복 단위를 포함하는 코폴리머이고, 상기 반복 단위의 적어도 일부는 두드러진 형상 이방성(anisotropy)을 가진 펜던트 사이드-기(pendant side-group) S1에 의해 작용화되어 있는,
    폴리머.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 말레이미드 및/또는 그의 유도체의 반복 단위의 적어도 일부는, H 또는 메틸; 에틸; 앵커링(anchoring) 사이드-기 S4, 선택적으로 치환되거나, 할로겐화되거나, 분지형 또는 직쇄형인 지방족 및 방향족 기, 폴리에테르, 실록산 또는 알코올로부터 선택되는 펜던트 사이드-기 S5; 이온 운동 억제형 사이드-기 S6; 반응성, 바람직하게는 광-반응성인 사이드-기 S7; 및 광-응답성 사이드-기 S8로부터 선택되는 사이드-기인 Sx 또는 원자를 포함하는, 폴리머.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    말레이미드 및 N-비닐락탐 반복 단위의 양이 상기 폴리머 골격의 반복 단위의 50% 이상, 예를 들면 75% 이상, 예컨대 90% 이상인, 폴리머.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 골격 중 말레이미드와 N-비닐락탐 단위간의 비가 1:10 내지 10:1, 예를 들면 1:2 내지 2:1, 예컨대 약 1:1인, 폴리머.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 N-비닐락탐이 N-비닐피롤리돈, N-비닐피페리딘 및 N-비닐카프로락탐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 폴리머.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머가,
    앵커링 사이드-기 S4에 의해 작용화된 반복 단위;
    알킬, 아릴, 또는 알킬아릴, 폴리에테르, 실록산 또는 알코올과 같은, 선택적으로 치환되거나, 할로겐화되거나, 분지형 또는 직쇄형 지방족 및 방향족 기로부터 선택되는 펜던트 사이드-기 S5에 의해 작용화된 반복 단위;
    이온 운동 억제형 사이드-기 S6에 의해 작용화된 반복 단위;
    반응성, 바람직하게는 광-반응성인 사이드-기 S7에 의해 작용화된 반복 단위; 및
    광-응답성 사이드-기 S8에 의해 작용화된 반복 단위
    로부터 선택되는 반복 단위를 포함하는, 폴리머.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    가교결합기를 포함하는 폴리머.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드-기 및/또는 수소 원자의 적어도 일부는 상기 말레이미드-질소를 통해 상기 반복 단위에 부착되어 있는, 폴리머.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드-기 S1 및/또는 Sx가 스페이서 기 L을 통해 상기 반복 단위에 부착되어 있는, 폴리머.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    두드러진 형상 이방성을 가진 상기 사이드-기 S1가 액정 물질의 평면형 정렬을 유도하는 사이드-기 S1a, 및 액정 물질의 수직형 배향을 유도하는 사이드-기 S1b로부터 선택되는, 폴리머.
  11. 고체 기판 상에 적층된 하나 이상의 폴리머를 포함하는, 표면-디렉터(surface-director) 정렬층으로서,
    상기 폴리머는 말레이미드 및/또는 그의 유도체 및 N-비닐락탐 및/또는 그의 유도체의 반복 단위를 포함하는 코폴리머이고, 상기 반복 단위의 적어도 일부는 두드러진 형상 이방성을 가진 펜던트 사이드-기 S1에 의해 작용화되고, 및/또는 말레이미드 및/또는 그의 유도체의 반복 단위의 적어도 일부는 H 또는 메틸; 에틸; 앵커링 사이드-기 S4, 선택적으로 치환되거나, 할로겐화되거나, 분지형 또는 직쇄형인 지방족 및 방향족 기, 폴리에테르, 실록산 또는 알코올로부터 선택되는 펜던트 사이드-기 S5; 이온 운동 억제형 사이드-기 S6; 반응성, 바람직하게는 광-반응성인 사이드-기 S7; 및 광-응답성 사이드-기 S8로부터 선택되는 사이드-기인 Sx 또는 원자를 포함하는,
    표면-디렉터 배향막.
  12. 제11항에 있어서,
    제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 폴리머를 포함하는, 표면-디렉터 배향막.
  13. 하나 이상의 기판, 액정 벌크 및 상기 하나 이상의 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있는 표면-디렉터 배향막을 포함하는 액정 장치로서,
    상기 표면-디렉터 배향막이 제11항 또는 제12항에 기재되어 있는 것인,
    액정 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 액정 벌크층을 그 사이에 개재시키는 제1 및 제2 기판을 포함하고;
    제1 표면-디렉터 배향막이 상기 제1 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어, 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있고;
    제2 표면-디렉터 배향막이 상기 제2 기판과 상기 액정 벌크 사이에 배열되어, 상기 액정 벌크의 표면에 접촉되어 있고;
    상기 제1 및 상기 제2 표면-디렉터 배향막 중 하나 이상, 바람직하게는 모두가 제11항 또는 제12항에 기재되어 있는 것인
    액정 장치.
  15. 표면-디렉터 배향막 물질의 광-배향 방법으로서,
    제11항 또는 제12항에 따른 표면-디렉터 배향막 물질을 제공하는 단계; 및
    상기 표면-디렉터 배향막 물질을, 200nm 내지 300nm 범위의 파장을 가진 선형으로 편광된 전자기파(electromagnetic radiation)로 조사하는 단계
    를 포함하는, 광-배향 방법.
KR1020117026965A 2009-04-14 2009-04-14 Ｌｃｄ 배향막용 말레이미드―ｎ―비닐락탐계 측쇄 폴리머 KR101612725B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2009/002724 WO2010118755A1 (en) 2009-04-14 2009-04-14 Maleimide-n-vinyllactam based sidechain polymers for lcd alignment layers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120050926A true KR20120050926A (ko) 2012-05-21
KR101612725B1 KR101612725B1 (ko) 2016-04-15

Family

ID=41467293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117026965A KR101612725B1 (ko) 2009-04-14 2009-04-14 Ｌｃｄ 배향막용 말레이미드―ｎ―비닐락탐계 측쇄 폴리머

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP5701289B2 (ko)
KR (1) KR101612725B1 (ko)
CN (1) CN102439065B (ko)
TW (1) TWI501985B (ko)
WO (1) WO2010118755A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015026191A1 (ko) * 2013-08-22 2015-02-26 전북대학교산학협력단 액정배향재료, 이를 이용한 액정표시소자 및 액정표시소자의 제조방법
KR20150022130A (ko) * 2013-08-22 2015-03-04 전북대학교산학협력단 액정 표시 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 액정 표시 소자
KR20160010028A (ko) * 2014-07-18 2016-01-27 전북대학교산학협력단 액정배향 재료, 이를 이용한 액정표시소자 및 액정표시소자의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6102423B2 (ja) * 2013-03-29 2017-03-29 Dic株式会社 重合性化合物及び光学素子
TWI744302B (zh) * 2016-05-19 2021-11-01 日商捷恩智股份有限公司 聚合性組成物、液晶複合體、光學各向異性體、液晶顯示元件及其用途
WO2019202884A1 (ja) * 2018-04-19 2019-10-24 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子、重合体及び化合物

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2324684A1 (fr) * 1975-09-19 1977-04-15 Rhone Poulenc Ind Compositions thermodurcissables a base de bis-maleimide et de n-vinylpyrrolidone-2
JP3087424B2 (ja) * 1992-03-12 2000-09-11 東レ株式会社 コンタクトレンズ
JP2636503B2 (ja) * 1992-04-17 1997-07-30 ヘキスト・アクチェンゲゼルシャフト 液晶表示素子用の配向膜としてのマレイミドコポリマー
AT399340B (de) * 1993-02-01 1995-04-25 Chemie Linz Gmbh Copolymere auf basis von maleinsäurederivaten und vinylmonomeren, deren herstellung und verwendung
JP3965759B2 (ja) * 1998-02-19 2007-08-29 チッソ株式会社 紫外線二量化高分子化合物を用いた液晶配向膜、および該配向膜を用いた液晶表示素子
KR100279043B1 (ko) * 1998-07-15 2001-01-15 윤종용 액정디스플레이용폴리말레이미드및폴리이미드광배향재
JP4296821B2 (ja) * 2002-04-17 2009-07-15 チッソ株式会社 マレイミド誘導体およびその重合体
JP4296761B2 (ja) * 2002-09-04 2009-07-15 チッソ株式会社 Ｎ−置換マレイミドおよびその重合体
CN100396728C (zh) * 2003-10-23 2008-06-25 日产化学工业株式会社 液晶定向处理剂及液晶显示元件

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015026191A1 (ko) * 2013-08-22 2015-02-26 전북대학교산학협력단 액정배향재료, 이를 이용한 액정표시소자 및 액정표시소자의 제조방법
KR20150022130A (ko) * 2013-08-22 2015-03-04 전북대학교산학협력단 액정 표시 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 액정 표시 소자
KR20160010028A (ko) * 2014-07-18 2016-01-27 전북대학교산학협력단 액정배향 재료, 이를 이용한 액정표시소자 및 액정표시소자의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
TWI501985B (zh) 2015-10-01
CN102439065B (zh) 2016-08-10
JP5701289B2 (ja) 2015-04-15
CN102439065A (zh) 2012-05-02
TW201041912A (en) 2010-12-01
KR101612725B1 (ko) 2016-04-15
JP2012523486A (ja) 2012-10-04
WO2010118755A1 (en) 2010-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7189296B2 (ja) 光活性高分子材料
JP6192710B2 (ja) 表面ダイレクタ配向層及び該層を含む液晶デバイス
KR101363479B1 (ko) 중합성 액정 화합물, 중합성 액정 조성물 및 광학 이방체
KR101612725B1 (ko) Ｌｃｄ 배향막용 말레이미드―ｎ―비닐락탐계 측쇄 폴리머
JP6498711B2 (ja) 液晶組成物
KR20170061078A (ko) 액정 조성물
JP6877698B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
KR20120022935A (ko) Ｌｃｄ 배향막용 조성물
JP2018193374A (ja) 化合物、液晶組成物、光学フィルム、偏光板および光学ディスプレイ
KR102433201B1 (ko) 화합물, 액정 조성물, 광학 필름, 편광판 및 광학 디스플레이
KR20060062308A (ko) 광반응성 화합물, 이를 이용한 액정 배향막, 그 제조방법및 상기 배향막을 포함하는 액정표시소자
KR101657677B1 (ko) 중합성 액정 화합물, 중합성 액정 조성물, 광학 이방체, 및 디스플레이 장치용 광학 소자
JP6138102B2 (ja) Ｌｃｄ配向層のための組成物
KR101659073B1 (ko) 중합성 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 광학 이방체
KR101659071B1 (ko) 중합성 액정 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물 및 광학 이방체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190402

Year of fee payment: 4